軽元素からなる積層原子膜の電子伝導現象の解明と超高効率電子輸送デバイス設計

阐明轻元素层压原子膜中的电子传导现象和超高效电子传输器件的设计

基本信息

批准号：
21K04876
负责人：
藤本義隆
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

前年度においては、グラフェンの基板材料として用いられる軽元素物質である窒化ホウ素原子膜の構造安定性と電子構造を調べ、窒化ホウ素原子膜が低損失伝導チャネルとして有用な物質であることが分かった。本年度は、窒化ホウ素ナノチューブの原子構造、電子構造及び輸送特性に関して研究を行った。特に、窒化ホウ素ナノチューブを用いた半導体デバイスの伝導チャネルとしての基礎物性を明らかにするとともに、高効率輸送デバイスを設計するための指針を獲得することを目的として、窒化ホウ素原子膜研究を展開した。ここでは、二層系窒化ホウ素ナノチューブに関する研究を行った。二層系チューブには、ナノチューブの選び方に任意性があるため、バンドオフセットがチューニングされる様にそれぞれのチューブを選んだ。また、二層系ナノチューブには、外側と内側の2種類のチューブが存在するが、それぞれに、不純物をドープした。得られた結果は、次の通りとなる。二層系ナノチューブのバンドギャップは、それぞれの単層チューブのバンドギャップよりも小さくなった。単層のチューブに不純物をドープした場合よりも、二層系チューブにドープした方が、不純物状態は浅い。二層系チューブにおいては、外側のチューブに不純物をドープした場合の方が、内側のチューブにドープした場合よりも浅い不純物状態が出現することが分かった。更に、二層ナノチューブの輸送特性について調べた。内側のチューブに不純物がドープされた場合は、輸送効率は、最大で40％程度低下する。一方、外側のチューブに不純物がドープされた場合、輸送効率は低下することなく、ほぼ100%を保つことが分かった。このことから、不純物が外側にドープされたチューブを持つ二層ナノチューブは、エネルギー輸送効率の極めて高いデバイス材料として有用であることが予想される結果を得た。

在上一年中，研究了氮化硼膜的结构稳定性和电子结构，一种用作石墨烯的底物材料的轻元素材料，发现硝酸硼薄膜是一种有用的材料作为低损耗传导通道。今年，我们对硝酸硼纳米管的原子结构，电子结构和运输特性进行了研究。特别是，我们已经对硝酸硼原子膜进行了研究，目的是阐明使用氮化硼纳米管作为导电通道的半导体设备的基本特性，并获得设计高效运输设备的准则。在这里，对双层氮化硼纳米管进行了研究。由于双层管具有任意选择的纳米管，因此选择了每个管，以便对频带偏移进行调整。另外，存在两种类型的管，外管和内管，每管都充满杂质。获得的结果如下：双层纳米管的带隙小于每个单层管的带隙。当掺杂到双层管中时，杂质状态比掺杂到单层管中时浅。在双层管中，发现当外管掺有杂质时，出现较浅的杂质状态，而不是掺杂内管时。此外，研究了双层纳米管的运输特性。当内管与杂质掺杂时，运输效率降低了40％。另一方面，当外管掺有杂质时，发现运输效率保持在几乎100％而不会降低。该结果表明，带有杂质掺杂的管的双层纳米管有助于作为具有极高能量运输效率的设备材料。