エッジ状態を利用したグラフェンにおける超伝導の探索

使用边缘态搜索石墨烯中的超导性

• 批准号: 21654051
• 负责人: 春山 純志
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: Aoyama Gakuin University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• 财政年份: 2009
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2009 至 2010
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21654051/
• 关键词: 超伝導; グラフェン; ナノ炭素; ナノテクノロジー; エッジ制御; ナノ細孔アレイ

本研究は炭素原子一個分の薄さを持つ二次元シート「グラフェン」における新奇物性現象(超伝導)を探索することを目的とした。グラフェンのエッジ(端)を活用する二つの新材料系を開発し、その結果以下の新奇物性現象を発見することに成功した。まずカーボンナノチューブ(CNT)を酸化・自然開口し超低欠陥グラフェンナノリボン(GNR:グラフェンの一次元短冊状物質)を創成、これに三段階熱処理を加えることで、従来の欠陥有りGNRに比べて七倍以上大きいエネルギーバンドギャップの実現に成功した。また、これがArmchair型エッジに起因する可能性を指摘した。グラフェンの半導体的応用ヘブレークスルーをもたらしたとして、この結果は次ページで記すNature Nanotechnologyに掲載されLatest Highlight、News&Views、表紙見出しにも選ばれた。次に、多孔質アルミナ膜マスクを用いて低欠陥で六角形のナノ細孔を蜂の巣アレイ状にグラフェンに形成し、これを高温水素熱処理した場合強磁性が発現することを発見した。強磁性は細孔構造に強い依存性を持つことも発見し、従来の炭素系物質のように欠陥に起因して強磁性が発現しているのではないことを明確に示した。さらにこの強磁性が細孔zigzag型エッジの局在電子スピンの存在に起因することを理論との比較から指摘した。この結果も現在Nature Nanotechnologyに受理されており、出版準備中である。当初意図した超伝導の発見には至らなかったが、今後このエッジスピンをさらに研究・制御することで、超伝導の実現も可能であると思われる。

The purpose of this study is to explore the novel physical properties of carbon atoms in a two-dimensional way. The development of new material systems and the successful discovery of novel physical phenomena as a result of the use of new materials. In addition, the three-stage heat treatment was carried out successfully. The GNR was more than seven times larger than that of the CNT. The reason for this is that the Armchair is not a good fit. The results of this research were published in Nature Nanotechnology as Latest Highlight, News&Views, and Table View. In addition, porous films are formed in the form of hexagonal pores, and ferromagnetic properties are discovered in the case of high temperature hydrothermal treatment. The strong dependence of ferromagnetism on pore structure has been clearly demonstrated in this paper. A theoretical comparison of the causes of the existence of ferromagnetic particles in the pore zigzag structure The results are now accepted by Nature Nanotechnology and are being prepared for publication. At the beginning, the idea of super-conduction was discussed, and in the future, the research and control of super-conduction were discussed.

项目成果

Meissner effect in boron-doped single-walled carbon nanotubes ; Correlation with applied pressure and boron-doped multi-walled carbon nanotubes

硼掺杂单壁碳纳米管中的迈斯纳效应；

• 发表时间: 2009
• 期刊: Journal of Physics 153
• 作者: M. Matsudaira;J. Nakamura;J. Haruyama;T. Shimizu;J. Reppert;A. M. Rao;T. Nishio;Y. Hasegawa;H. Sano;Y.Iye
• 通讯作者: Y.Iye

Superconductivity in carbon nanotubes and band gap engineering in graphene nanoribbons

碳纳米管的超导性和石墨烯纳米带的带隙工程

• 发表时间: 2011
• 作者: 大政義典;八尾誠;春山純志;Kiyonobu Nagaya;Hitoshi Murakami;北野晴久;Junji Haruyama;Hitoshi Murakami;八尾誠;塚田一郎;Junji Haruyama
• 通讯作者: Junji Haruyama

Band gap tuning in nano-pore graphenes

纳米孔石墨烯的带隙调节

• 发表时间: 2010
• 作者: S.Miyazaki;J.Haruyama;T.Shimizu;S.Kamikawa;Y.Yagi
• 通讯作者: Y.Yagi

カーボンナノチューブの可能性 : 超伝導、一次元電子相関、単一電子制御

碳纳米管的可能性：超导、一维电子关联、单电子控制

• 发表时间: 2009
• 作者: A.Yoneda;M Osako;E.Ito :;Hitoshi Murakami;A. Maeda;春山純志
• 通讯作者: 春山純志

All-carbon ferromagnetism derived from edge states in antidot-lattice graphenes

来自反点晶格石墨烯边缘态的全碳铁磁性

• 发表时间: 2011
• 作者: R.Miyazaki;K.Tada;S.Kamikawa;Y.Yagi;J.Haruyama;T.Matsui;H.Fukuyama
• 通讯作者: H.Fukuyama