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、グラフェン端からの電界電子放出現象に対して、その物性現象の微視的かつ定量的な解釈を与えるため、強電界が印加された、種々のグラフェン端の電子物性を、端の形状に着目して解析を行った。その結果、グラフェン端からの電界電子放出による電流密度は、グラフェンの端形状に強く依存することが明らかになった。我々は、アームチェアと呼ばれるエネルギー的に最も安定な端形状を有するグラフェン端からの電流密度が最も大きく、逆にジグザグと呼ばれる端からの電流が最も小さいことを明らかにした。さらに、放出電流密度は、端に吸着された化学官能基種に強く依存することが明らかになった。特に水酸基、水素、カルボニル基といった端に電気的な双極子モーメントを誘起する官能基種により終端された端からは高い電流密度が得られることが明らかになった。

論文掲載,発表実績:
（学術雑誌掲載論文）

• Mina Maruyama and Susumu Okada, "Geometric and electronic structures of a two-dimensional covalent network of sp2 and sp3 carbon atoms", Diamond and Related Materials, 81, 103-107 (2018).
• Hisaki Sawahata, Mina Maruyama, Nguyen Thanh Cuong, Haruka Omachi, Hisanori Shinohara, and Susumu Okada, "Energetics and electronic properties of B3N3-doped graphene", ChemPhysChem, 19, 237-242 (2018).
• Kazufumi Yoneyama, Ayaka Yamanaka, and Susumu Okada, "Mechanical properties of graphene nanoribbons under uniaxial tensile strain", Japanese Journal of Applied Physics, 57, 035101 (2018)
• Yasumaru Fujii, Mina Maruyama, Katsunori Wakabayashi, Kyoko Nakada, and Susumu Okada, "Electronic structure of two-dimensional hydrocarbon networks of sp2 and sp3 C atoms", Journal of the Physical Society of Japan, 87, 034704 (2018)
• Yanlin Gao and Susumu Okada, "Electrostatic Properties of Graphene Edges for Electron Emission under an External Electric Field", Applied Physics Letters, 112, 163105 (2018).
• Manaho Matsubara and Susumu Okada, "Field-induced structural control of COx molecules adsorbed on graphene", Journal of Applied Physics, 123, 174302 (2018)
• Manaho Matsubara and Susumu Okada, "Field-induced structural control of COx molecules adsorbed on graphene", Journal of Applied Physics, 123, 174302 (2018)
• Airi Yasuma, Ayaka Yamanaka, and Susumu Okada, "Energetics of edge oxidization of graphene nanoribbons", Japanese Journal of Applied Physics, 57, 06HB03 (2018).
• Hisaki Sawahata, Ayaka Yamanaka, Mina Maruyama, and Susumu Okada, "Energetics and formation mechanism of borders between h-BN and graphene", Applied Physics Express, 11, 065201 (2018).
• Hisaki Sawahata, Ayaka Yamanaka, Mina Maruyama, and Susumu Okada, "Energetics and formation mechanism of borders between h-BN and graphene", Applied Physics Express, 11, 065201 (2018).
• Kazufumi Yoneyama, Ayaka Yamanaka, and Susumu Okada, "Energetics and electronic structure of corrugated graphene nanoribbons", Japanese Journal of Applied Physics Vol. 57, 085101 (2018).
• Sho Furutani and Susumu Okada, "Electronic structure and cohesive energy of silyl-methyl-fullerene and methano-indene-fullerene solids", Japanese Journal of Applied Physics, 57, 085102 (2018).
• Yasumaru Fujii, Mina Maruyama, and Susumu Okada, "Geometric and electronic structures of two-dimensionally polymerized triptycene: Covalent honeycomb networks comprising triptycene and polyphenyl", Japanese Journal of Applied Physics, 57, 125203 (2018).
• (14). Mina Maruyama and Susumu Okada, "Energetics and electronic structure of triangular hexagonal boron nitride nanoflake", Scientific Reports, 8, 16657 (2018).