ハイブリッドナノチューブの電子デバイス応用に向けた分子シミュレーション

本研究はハイブリッドナノチューブあるいはヘテロナノチューブと呼ばれる，ナノスケールのチューブ状物質が組み合わされたヘテロ構造の合成メカニズムおよび物性に関するものである．分子シミュレーションを行い，理論的・計算科学的な観点から新たな知見を得ることで，将来的なデバイス応用に向けた新たな知見を得ることを目的としている．前年度において，カーボンナノチューブ，窒化ホウ素(BN)ナノチューブ，二硫化モリブデン(MoS2) ナノチューブを同軸状に組み合わせたヘテロナノチューブの合成についての論文が発表され，本研究代表者は共著者の一人となっている．しかしながら，ヘテロナノチューブや，特にその構成要素であるMoS2 ナノチューブの物性は未解明な点が多く残されている．そこで本年度は，主にMoS2 ナノチューブについての研究をおこない，その新たな物理的性質を明らかにした．MoS2は，単層で原子3つ分の厚さしかないナノ物質であり，半導体材料として期待される．単層の場合にフォトルミネッセンス(PL)などの発光が特徴となっている一方で，円筒状のナノチューブとなった場合発光しないことが定説であった．近年まで実験的報告がなく，理論的な計算から従来は基本的に間接バンドギャップ半導体であると考えられてきたことがその理由である．しかし，BNナノチューブと単層 MoS2ナノチューブのヘテロナノチューブから，MoS2ナノチューブ由来の直接バンドギャップによるPLが実験的に観察され，先行する理論研究と整合しないことが問題となった．本プロジェクトでは，従来よりも広い直径範囲に対して MoS2ナノチューブの電子構造を計算し，直径約 5.2 nm 以上のナノチューブに関しては直接バンドギャップを持ち，発光の可能性を理論的に示した．将来的な発光デバイスへの応用も期待できる成果と言える．

本研究はハイブリッドナノチューブあるいはヘテロナノチューブと呼ばれる，ナノスケールのチューブ状物質が組み合わされたヘテロ構造の合成メカニズムおよび物性に関するものである．分子シミュレーションを行い，理論的・計算科学的な観点から新たな知見を得ることで，将来的なデバイス応用に向けた新たな知見を得ることを目的としている．前年度において，カーボンナノチューブ，窒化ホウ素(BN)ナノチューブ，二硫化モリブデン(MoS2) ナノチューブを同軸状に組み合わせたヘテロナノチューブの合成についての論文が発表され，本研究代表者は共著者の一人となっている．しかしながら，ヘテロナノチューブや，特にその構成要素であるMoS2 ナノチューブの物性は未解明な点が多く残されている．そこで本年度は，主にMoS2 ナノチューブについての研究をおこない，その新たな物理的性質を明らかにした．MoS2は，単層で原子3つ分の厚さしかないナノ物質であり，半導体材料として期待される．単層の場合にフォトルミネッセンス(PL)などの発光が特徴となっている一方で，円筒状のナノチューブとなった場合発光しないことが定説であった．近年まで実験的報告がなく，理論的な計算から従来は基本的に間接バンドギャップ半導体であると考えられてきたことがその理由である．しかし，BNナノチューブと単層 MoS2ナノチューブのヘテロナノチューブから，MoS2ナノチューブ由来の直接バンドギャップによるPLが実験的に観察され，先行する理論研究と整合しないことが問題となった．本プロジェクトでは，従来よりも広い直径範囲に対して MoS2ナノチューブの電子構造を計算し，直径約 5.2 nm 以上のナノチューブに関しては直接バンドギャップを持ち，発光の可能性を理論的に示した．将来的な発光デバイスへの応用も期待できる成果と言える．