所属：筑波大学 数理物質系

概要：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低次元ナノスケール物質に着目し、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、グラフェンをチャネルとした電界効果トランジスタにおいて、荷電不純物がグラフェンへのゲート電場による電荷蓄積に現象に及ぼす影響を明らかにした。ここでは、不純物はAlナノ粒子でシミュレートし、それをグラフェン面上に吸着させ、対向電極から電荷の注入を試みた。その結果、Alナノ粒子が電極側に存在している場合、グラフェンのフェルミレベルのピン留めを誘起し、トランジスタ特性を阻害することを明らかにした。また、グラフェン端の仕事関数や電子物性の化学官能基種依存性を明らかにした。その結果、グラフェン端の電子物性は吸着された化学官能基種に強く依存することが示された。特に、水酸基化されたグラフェンでは、端に沿った真空領域に電子が染み出すような特異な状態が発現することを予言した。
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。

論文掲載,発表実績:
（学術雑誌掲載論文）

• Ken Kishimoto and Susumu Okada, Fermi level pinning for the carrier accumulation in bilayer graphene with atomic defects by an external electric field, Applied Physics Letters 110, 011601 (2017).
• Manaho Matsubara and Susumu Okada, Effect of a charged impurity on carrier accumulation into graphene by an external electric field, Applied Physic Express 10, 025101 (2017)
• Nguyen Thanh Cuong and Susumu Okada, Suppression of conductivity deterioration of Cu thin films by coating atomic layer materials, Applied Physics Letters 110, 131601 (2017).
• Ayaka Yamanaka and Susumu Okada, Polarity control of h-BN nanoribbon edges by strain and edge termination, Physical Chemistry Chemical Physics 19, 9113-9117 (2017).
• Sho Furutani and Susumu Okada, Electronic properties of electron-doped [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester and silylmethylfullerene, Chemical Physics Letters 678, 5-8 (2017).
• Yanlin Gao and Susumu Okada, Electrostatic potential barrier for electron emission at graphene edges induced by the nearly free electron states, Applied Physics Express 10, 055104 (2017).
• Yanlin Gao and Susumu Okada, Energetics and electronic structures of thin films and heterostructures of a hexagonal GaN sheet, Japanese Journal of Applied Physics 56, 065201 (2017).
• Ken Kishimoto and Susumu Okada, Electronic structure of bilayer graphene with defects under an external electric field, Japanese Journal of Applied Physics 56, 06GE01 (2017).
• Jun-ya Sorimachi and Susumu Okada, “Porous hydrocarbon networks of pyramidal molecules, Japanese Journal of Applied Physics 56, 06GE03 (2017).
• Taketo Kochi and Susumu Okada, Electronic Structure of CNT Thin Films with Nanoscale Interfaces under an Electric Field, Japanese Journal of Applied Physics 56, 06GE02 (2017).
• Taketo Kochi and Susumu Okada, Asymmetric carrier accumulation in double-walled carbon nanotube by an external electric field, Applied Physics Express 10, 075101 (2017).
• Manaho Matsubara and Susumu Okada, Carrier injection in nonbonding states of N-doped graphene by an external electric field, Japanese Journal of Applied Physics 56, 075101 (2017).
• Remi Taira, Ayaka Yamanaka, and Susumu Okada, Electronic structure and polarity of edge functionalized graphene nanoribbons, Japanese Journal of Applied Physics 56, 085103 (2017).
• Jun-ya Sorimachi and Susumu Okada, Electron filling control of Kagome flat band in 2D hydrocarbon networks of sp2 and sp3 C atoms, Physical Review B 96, 024103 (2017).
• Yamato A. Saucier, Susumu Okada, and Mina Maruyama, Strain-induced charge transfer and polarity control of a van der Waals heterosheet comprising C60 and graphene, Applied Physics Express 10, 095101 (2017).
• Miki Akiba and Susumu Okada, Mechanical properties of nano-rotors: Energetics of triptycene derivatives, Japanese Journal of Applied Physics 56, 105201 (2017).
• Yuya Nagasawa and Susumu Okada, Energetics and electronic structures of inclusion compounds of large fullerenes and cycloparaphenylenes, Journal of the Physical Society of Japan 86, 104702 (2017).
• Mina Maruyama and Susumu Okada, Interplay between Kagome Flat band and Dirac cone in porous graphitic networks, Carbon 125, 530-535 (2017)
• Manaho Matsubara and Susumu Okada, Geometric structures of Al nanoparticle adsorbed on graphene under the external electric field, Japanese Journal of Applied Physics 56, 125101 (2017).