大規模Xeneヘテロ構造における電子輸送特性の第一原理研究

大规模Xene异质结构中电子传输特性的第一性原理研究

• 批准号: 22K03491
• 负责人: 江上 喜幸
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03491/
• 关键词: 第一原理計算; 電子輸送特性; Xene; 大規模計算; シリグラフェン; キャリア移動度

本研究課題では、Xeneと呼ばれる原子層状物質からなる大規模なヘテロ構造おける電子輸送特性について研究を進めている。当該年度においては、そのための基礎研究として、原子層状物質における構造計算と電子状態計算、およびキャリア移動度について、第一原理シミュレーションを用いて解析を行った。具体的な対象物質として、グラフェンをベースにシリコン原子をドープしたシリグラフェンと呼ばれる層状物質に注目し、その中でも高いキャリア移動を示すことが期待されているSiC_6シリグラフェンを対象とした。先行研究では、2次元SiC_6シートについての研究はされているが、ナノリボン化した場合の特性についてはあまり研究されていない。デバイス応用の側面から、有限サイズにおける特性を明らかにすることは重要であり、グラフェンと同様にナノリボン化によって特性が大きく変化することが期待される。ここでは、ナノリボン化する際のリボンの切り出し方向、エッジ構造やリボン幅に依存した幾何構造、電子状態変化について解析を行った。これらの結果をもとに、室温を仮定した音響フォノン散乱の影響下におけるキャリア移動度について評価を行った。その結果、2次元シートでは非常に高い値を示した電子移動度が、ユニットセルと同程度の幅にナノリボン化した系では1/20程度に低減していた。一方で、ホール移動度についてはは5倍程度にまで向上することが分かった。これは、ナノリボン化によって変形ポテンシャルや弾性係数が大きく影響を受けたことが要因と考えられる。また、zigzag方向に比べ、armchair方向の移動度の方が全体的に大きく、armchair方向にはグラフェン由来の炭素六員環が連なっており、非局在化したπ軌道が大きく拡がっているためと考えられる。今回得られた知見を元に、ヘテロ接合構造やヘテロ積層構造を取ることで、これらが電子輸送特性に与える影響について明らかにしていく。

This research topic is to study the electron transport characteristics of Xene and its atomic layered material and its large-scale structure. In that year, the basic research on basic research on atomic layered matter, the structural calculation of atomic layered matter, and the electron state were carried out. State calculation, およびキャリアmoving degree について, first principles シミュレーションを using いて analysis を行った. Specific nahuxiang substances, として, グラフェンをベースにシリコンatomic atomic structureにAttentionし、その中でも高いキャリアmovable を Show すことがLooking forward to されているSiC_6シリグラフェンを対 resemble とした. Preliminary research and research on 2-dimensional SiC_6 シートについてのが、おノリボン化した的occasionのcharacteristicsについてはあまり研究されていない.デバイス応用のlateralから、limitedサイズにおけるcharacteristicsを明らかにすることはimportantであり, グラフェンと同様にナノリボン化によってcharacteristicsが大きく変化することがLooking forward to される. The direction of the structure The geometric structure of the やリボン frame depends on the geometry, and the electron state changes and analyzes the behavior. The result of これらのをもとに, room temperature を仮定した sound フォノン laxity under the influence of におけるキャリアmobility についてreview価を行った.そのRESULT, 2D シートでは Very high いつをshows したelectron mobility が, ユニットThe セルと same degree of にナノリボンした system では 1/20 degree に していた. One side and one side can move up to 5 times the degree of movement.これは, ナノリボン化によって変shaped ポテンシャルや弾性 coefficient が大きく is affected by the main reason けたことがと考えられる.また、Zigzag direction に比べ、Armchair direction のmobility のsquare がOverall に大きく、Armchair directionにはグラフェンのcarbon6-member ringが连なっており, non-localized したπ orbital が大きくがっているためと卡えられる. This time, we have られた知见を元に, ヘテロjoint structure やヘテロlaminated structure をtakeることで, これらがElectron transport properties に and える influence について明らかにしていく.

项目成果

第一原理電子輸送特性計算の大規模化に向けた高速 Green 関数計算手法の開発と応用

大规模第一性原理电子输运性质计算高速格林函数计算方法的开发与应用

• 发表时间: 2022
• 作者: 岩城康太，江上喜幸;江上喜幸
• 通讯作者: 江上喜幸

Forschungszentrum Juelich(ドイツ)

于利希研究中心（德国）

SiC_6シリグラフェンのナノリボン構造における第一原理物性研究

SiC_6硅石墨烯纳米带结构的第一性原理物理性质研究

• 发表时间: 2023
• 作者: 岩城康太，江上喜幸

単層C_3Nとグラフェンの積層構造による電子物性変化の第一原理シミュレーション

单层C_3N和石墨烯堆叠结构引起的电子性能变化的第一性原理模拟

• 发表时间: 2022
• 作者: 岩城康太，江上喜幸;江上喜幸;桔梗晴矢，江上喜幸
• 通讯作者: 桔梗晴矢，江上喜幸

第一原理計算を用いたフッ化アーセネンにおける電子輸送特性研究

利用第一性原理计算研究氟化砷的电子传输性质

• 发表时间: 2022
• 作者: 岩城康太，江上喜幸;江上喜幸;桔梗晴矢，江上喜幸;橋本太智，江上喜幸
• 通讯作者: 橋本太智，江上喜幸