ネットワークトポロジーデザインによる炭素ナノ物質の物性制御

通过网络拓扑设计控制碳纳米材料的物理性质

基本信息

批准号：
15J05066
负责人：
丸山実那
金额：
$ 1.22万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

C40フラーレンからなる新奇二次元炭素ネットワークの物質設計を行った。C40間に共有結合を有するC40ポリマーは、直接バンドギャップを有する半導体であるにもかかわらず、 EF近傍の状態密度が大きいことからシート上に分極スピンが生じる。さらに、C40ポリマーは五員環と六員環の配置の偏りに依存して構造中に電荷密度の偏りを有することから、シート鉛直方向に対して電気的分極が生じることを明らかにした。フェナレニル分子を構成単位とした二次元蜂の巣ネットワークの物質設計を行った。ネットワークは系のトポロジーを反映してディラックコーンとカゴメバンドがEF近傍に共存する。また、ディラックコーンの分散が小さいため、スピン分極が生じ、分極したスピンはフェナレニル部分に局在することを明らかにした。グラフェンにトポロジカル欠陥と空孔を加えた二次元ネットワークは、フェナレニルが五員環とアセンで架橋され、フェナレニルと架橋部分がそれぞれ蜂の巣格子とカゴメ格子を形成することでEF近傍にディラックコーとカゴメバンドが共存し、分極スピンが生じることを明らかにした。架橋部分のアセン長を変化させることでディラックコーンとカゴメバンドが離れていき、ユニット間の距離による物性制御の可能性を示した。トポロジカル欠陥を含むグラフェンでは、トポロジカル欠陥として三つの五員環が辺を共有する湾曲した炭化水素分子、アセペンタレン分子と七員環をグラフェン中に埋め込んだ、リップルした二次元炭素ネットワークである。この系は金属で、EF近傍に平坦バンドが出現する。分極したスピンはアセペンタレン部分に分布することを明らかにした。この系は、C40ポリマーと同様に構造中に電荷密度の偏りを有するため、シートに対して鉛直方向に電気的分極が出現し、その電位差の大きさが格子定数に依存して変調することを示した。

进行了由C40 Fullerenes组成的新型二维碳网络的材料设计。尽管C40之间具有共价键的C40聚合物是具有直接带隙的半导体，但EF附近的高密度在纸板上产生了极化的旋转。此外，据揭示了C40聚合物在结构中具有电荷密度偏置，具体取决于五元和六元环的排列的偏置，从而在纸张的垂直方向上产生了极化。使用明苯烯基分子作为结构单元进行二维蜂巢网络的材料设计。该网络反映了系统的拓扑结构，而在EF附近共存的Dirac Cone和Kagome Band共存。此外，揭示了狄拉克锥体的分散体很小，导致自旋极化，并且偏振旋转位于Premanenyl部分。 The two-dimensional network, which added topological defects and vacancy to graphene, revealed that phenalenyl is cross-linked with a five-membered ring and ascene, and that phenal and the bridged portion form a beehive lattice and a Kagome lattice, respectively, causing the Dirac Co and Kagome band to coexist near the EF, resulting in polarization spin.通过更改交联部分的ASCEN长度，零锥和kagome带分开了，表明物理特性由单元之间的距离控制。含有拓扑缺陷的石墨烯是一个连锁二维碳网络，其中三个五元环共享拓扑缺陷的边缘，Acepentalene分子和一个七元的环嵌入石墨烯中。该系统是一种金属，扁平带出现在EF附近。据揭示了两极化的旋转分布在Acepentalene部分中。该系统在结构中具有电荷密度的偏差，类似于C40聚合物，因此相对于纸板，电化极化似乎垂直出现，表明电势差的幅度根据晶格常数调节。