Affiliation：University of Tsukuba

Abstract：本プロジェクトでは、各種異種物質ならびに外部電界と広義複合構造を形成したナノスケール炭素物質に着目し、複合構造形成下における電子物性の変調の可能性を密度汎関数理論に基づく第一原理計算の手法と有効遮蔽媒質法を組み合わせることにより明らかにした。
　本年度は、h-BN中に埋め込まれたグラフェン断片（量子ドット）間のスピン相互作用の解明を行い、その値が10meV程度であることを明らかにした。また、グラフェン端のエネルギー論と電子状態の解明を行い、グラフェン端がアームチェアと呼ばれる端形状をエネルギー的に好むことを明らかにし、エネルギーの具安定化の起源がedge状態と呼ばれる非結合状態に起因することを明らかにした。同時に、h-BNリボンのエネルギー論と電子状態の解明を行い、グラフェンとはことなり、端の形成エネルギーはほぼ一定であることを示した。他方、一般の端形状においては、h-BNリボンは両端において極性を有し、その極性が端の終端やリボン二引火する張力により制御が可能であることを示した。最後に、電界効果トランジスタ構造を形成したグラフェン複合系に対する電子状態計算から、グラフェンへの電界効果電荷蓄積において、欠陥や吸着不純物の影響が大きいことを明らかにした。

Publication related to your research
（Journal paper）

• K. Kishimoto, S. Okada, "Influence of the Defects on the Electronic Structures of Bilayer Graphene", Surf. Sci. 644, 18 (2016)
• A.Yamanaka, S. Okada, "Energetics and electronic structures of graphene nanoribbons under a lateral electric field", Carbon 96, 351 (2016)
• M. Maruyama, S. Okada, "Magnetic Properties of Graphene Quantum Dots Embedded in h-BN Sheet", J. Phys. Chem. C 120, 1293 (2016)
• A. Yamanaka, S. Okada, "Influence of electric field on electronic states of graphene nanoribbons under a FET structure" Jpn. J. Appl. Phys. 55, 035101 (2016)
• J. Sorimachi, S. Okada, "Influence of fullerene cages on energetics of dipole moment of encapsulated water molecule", Jpn. J. Appl. Phys. 55, 04EP02 (2016)
• U Ishiyama, N.-T. Cuong, S. Okada, "Anomalous electrostatic potential properties in CNT thin films under a weak external electric field", Appl. Phys. Express 9, 045101 (2016)
• K. Narita, S. Okada, "Geometric and electronic structures of corannulene polymers: Ultra narrow graphene ribbons with corrugation and topological defects", Chem. Phys. Lett. 650, 76 (2016)
• A. Hasegawa, S. Okada, "Effect of structural deformation on carrier accumulation in semiconducting carbon nanotubes under an external electric field", Jpn. J. Appl. Phys. 55, 045101 (2016)
• T. Kochi, S. Okada, "Energetics and electronic structure of tubular Si nanoscale vacancies filled by carbon nanotubes", Jpn. J. Appl. Phys. 55, 055101 (2016)
• K. Narita, S. Okada, Geometric and electronic structures of one-dimenisonally polymerized coronene molecules", Jpn. J. Appl. Phys. 55, 06GF02 (2016)
• K. Kishimoto, S. Okada, Electron-state tuning of bilayer graphene by defects", Jpn. J. Appl. Phys. 55, 06GF06 (2016)
• J. Sorimachi, S. Okada, "Electrostatic properties of fullerenes under an external electric field: First-principles calculations of energetics for all IPR isomers from C60 to C78", Chem. Phys. Lett. 659, 1 (2016)
• T. Kochi, S. Okada, "Effect of an intersection of carbon nanotubes on the carrier accumulation under an external electric field", Appl. Phys. Express 9, 085103 (2016)
• A. Yamanaka, S. Okada, "Energetics and electronic structure of h-BN nanoribbons", Sci. Rep. 6, 30653 (2016)
• Y. Gao, T. Yayama, S. Okada, "Polar properties of a hexagonally bonded GaN sheet under biaxial compression", Appl. Phys. Express 9, 095201 (2016)
• M. Maruyama, N.-T. Cuong, S. Okada, "Coexsistence of Dirac cones and Kagome flat bands in two-dimensional network of hydrocarbon molecules", Carbon 109, 755 (2016)
• R. Taira, A. Yamanaka, S. Okada, "Electronic structure modulation of graphene edges by chemical functionalization", Appl. Phys. Express 9 , 115102 (2016)
• S. Furutani, S. Okada, "Electronic properties of pentaorgano [60]fullerenes under an external electric field", Appl. Phys. Express 9 , 115103 (2016)
• K. M. Bui, V. A. Dinh, S. Okada, T. Ohno, "Na-ion diffusion in NASICON-type solid electrolyte: a density functional study", Phys. Chem. Chem. Phys. 18, 27226 (2016)

（Dissertation）

• 丸山実那, “Electronic Properties of sp2 Carbon Networks with Defects and Interface” 筑波大学
• 山中綾香, “Energetics and Electronic Properties of Edges of Two-dimensional Materials”, 筑波大学

（Etc）

• 博士２名の取得に利用