Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

グラフェン / 半導体 / 電子構造計算 / STM / 第一原理計算 / 第一原理電子構造計算 / 周期構造修飾

精密な第一原理電子構造計算に基づいて各種の周期的構造修飾されたグラフェン系の設計研究を展開し、既に詳しい知見が得られていた六方晶の周期で構造修飾されたグラフェンに加えて、今年度は長方晶の周期で構造修飾されたグラフェンについて、詳細な研究を展開した。長方晶では、格子定数が二つ（ a および b ）あるため、(1)半導体となる構造修飾パターンの a および b 依存性、(2)半導体となる場合のバンドギャップ値のaおよびb依存性、さらには(3)長方晶で考えられる、面心に格子点が存在するブラベー格子に対応する周期構造修飾の場合について、それぞれ興味深い成果が得られた。また、構造修飾する領域のサイズに依存したバンドギャップ値などの電子構造の変化についても、六方晶系同様に解析を進めた。
他方、実験研究においては、STMを用いて周期的に原子集団を引き抜く実験を引き続き実施した。この実験では、これまでの第一原理に基づく電子構造理論研究で想定されている典型的な構造周期の長さ（数ナノメートル）に比べてかなり大きな周期・サイズでの構造修飾が行われている状況である。そこで、イオンビームを用いた構造修飾実験について、具体的な研究活動に入った。
なお、今後、理論研究で扱えるサイズを大きくするため、タイトバインディング法での電子構造予測研究も展開した。その結果、周期構造修飾されたグラフェンにおけるタイトバインディング法により得られるフェルミ準位付近のバンド構造は、第一原理電子構造計算により得られたバンド構造に定量的に一致することが確認された。今後、長周期および大面積での周期構造修飾の場合の理論と実験の対応を見る場合にタイトバインディング法が有効であると期待される結果である。

シリコン / 表面 / 有機分子 / 電子エネルギー損失分光 / 走査型トンネル顕微鏡 / 第一原理計算 / 吸着 / 界面 / X線吸収分光 / X線発光分光 / STM / 光電子分光

実験と理論両面からSi(100)表面に吸着した有機分子の構造と電子物性について研究を行い,以下の成果を得た.
(1)低温のSi(100)c(4x2)表面に2メチルプロペンやプロピレンを吸着させ,その吸着状態を電子エネルギー損失分光(EELS),走査型トンネル顕微鏡(STM),第一原理計算を用いて詳細に調べた.非対称大マーに対してマルコフニコフ則が成り立つように吸着することが解明された.
(2)低温のSi(100)表面にπ鎖体型で弱く吸着したエチレン分子に対し波長選択した可視・紫外光を照射した際の光脱離と光誘起化学吸着反応について実験的研究を行った.光誘起によりπ鎖体型エチレンは,光脱離と光解離が起こることが分かった.
(3)Si(100)表面に吸着した1,4シクロヘキサジエンは基板温度により3つの異なる吸着状態をとることが観測された.室温での吸着状態(机型と考えられる)をとる単一吸着分子に対してトンネル分光を行い,電流-電圧特性の中に分子に由来すると考えられる特徴あるピークが観測された.
(4)SiO_2/Si(111)および酸窒化膜/Si(111)の界面の電子状態を調べるために,軟X線吸収分光/軟X電発光分光をSPring8にて行った.異なる化学状態にある酸素および窒素のIs内殻準位から非占有状態への軟X線励起を選別することにより異なるサイトごとの価電子帯の電子状態を測定した.第一原理計算の結果とあわせて,界面の局所電子状態についての知見が初めて得られた.
(5)第一原理計算の枠組みで,電場を印可した状態下で,Si(001)表面にdi-σ吸着した炭化水素分子の吸着状態を理論的に研究した.1V/Åくらいまでの電場条件下では吸着構造や震度数に対する顕著な変化は生じないものの,分子由来の軌道のエネルギー準位と基板由来のそれとの間に電場の大きさや分子の吸着高さ・軌道の性質を反映した〜1V程度のシフトが生じることが明らかになった。
(6)シリコン表面に,サブμmオーダーの金属ワイヤなど人工構造を電子ビーム誘起表面反応で作製する装置を開発した.

【研究分担者】
豊田雅之	東京工業大学	理学院	助教	(Kakenデータベース)
平山博之	東京工業大学	理学院	教授	(Kakenデータベース)
橋詰富博	東京工業大学	理学院	特任教授	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
山下良之	東京大学	物性研究所	助手	(Kakenデータベース)
常行真司	東京大学	大学院理学系研究科	助教授	(Kakenデータベース)
赤木和人	東京大学	大学院理学系研究科	助手	(Kakenデータベース)