ハイブリッドナノチューブの電子デバイス応用に向けた分子シミュレーション

混合纳米管电子器件应用的分子模拟

• 批准号: 19J13818
• 负责人: 久間 馨
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J13818/
• 关键词: ナノチューブ; 密度汎関数理論; 二硫化モリブデン; カーボンナノチューブ; 窒化ホウ素; 分子動力学

本研究はハイブリッドナノチューブあるいはヘテロナノチューブと呼ばれる，ナノスケールのチューブ状物質が組み合わされたヘテロ構造の合成メカニズムおよび物性に関するものである．分子シミュレーションを行い，理論的・計算科学的な観点から新たな知見を得ることで，将来的なデバイス応用に向けた新たな知見を得ることを目的としている．前年度において，カーボンナノチューブ，窒化ホウ素(BN)ナノチューブ，二硫化モリブデン(MoS2) ナノチューブを同軸状に組み合わせたヘテロナノチューブの合成についての論文が発表され，本研究代表者は共著者の一人となっている．しかしながら，ヘテロナノチューブや，特にその構成要素であるMoS2 ナノチューブの物性は未解明な点が多く残されている．そこで本年度は，主にMoS2 ナノチューブについての研究をおこない，その新たな物理的性質を明らかにした．MoS2は，単層で原子3つ分の厚さしかないナノ物質であり，半導体材料として期待される．単層の場合にフォトルミネッセンス(PL)などの発光が特徴となっている一方で，円筒状のナノチューブとなった場合発光しないことが定説であった．近年まで実験的報告がなく，理論的な計算から従来は基本的に間接バンドギャップ半導体であると考えられてきたことがその理由である．しかし，BNナノチューブと単層 MoS2ナノチューブのヘテロナノチューブから，MoS2ナノチューブ由来の直接バンドギャップによるPLが実験的に観察され，先行する理論研究と整合しないことが問題となった．本プロジェクトでは，従来よりも広い直径範囲に対して MoS2ナノチューブの電子構造を計算し，直径約 5.2 nm 以上のナノチューブに関しては直接バンドギャップを持ち，発光の可能性を理論的に示した．将来的な発光デバイスへの応用も期待できる成果と言える．

这项研究涉及将纳米级管材料（称为混合纳米管或异核管）组合的异质结构的合成机制和物理特性。目的是通过进行分子模拟并从理论和计算科学的角度获得新知识来获得未来设备应用的新知识。在上一年中，发表了一篇论文，内容涉及将碳纳米管，硝酸硼（BN）纳米管和二硫化钼（MOS2）纳米管结合的合成，以同时的方式，这位研究者是共同求助者之一。但是，杂型试管的性质，尤其是MOS2纳米管的性质有许多不清楚的点。因此，今年我们主要对MOS2纳米管进行了研究，以阐明新的物理特性。 MOS2是一种单层的纳米材料，只有三个原子厚，预计将是半导体材料。虽然单层以光致发光（PL）为特征，但已经确定它在纳米管是圆柱形时不会发出光。这是因为直到最近才有实验报告，并且传统上认为理论计算是间接的带隙半导体。然而，通过实验观察到BN纳米管和单层MOS2纳米管的异核管直接从MOS2纳米管直接带隙PL，并且与以前的理论研究不一致成为一个问题。在这个项目中，我们计算了比以前更宽的MOS2纳米管的电子结构，理论上证明了直径约为5.2 nm或更多的纳米管的光发射可能性。对于发光设备中的未来应用，这是一个有希望的成就。

项目成果

MoS2 ナノチューブバンドルの電子状態

MoS2纳米管束的电子态

• 发表时间: 2019
• 作者: 久間 馨;丸山 実那;岡田 晋;千足 昇平;丸山 茂夫
• 通讯作者: 丸山 茂夫

Electronic structures of MoS2 nanotube bundles

MoS2纳米管束的电子结构

• 发表时间: 2021
• 作者: Kaoru Hisama;Mina Maruyama;Shohei Chiashi;Shigeo Maruyama and Susumu Okada
• 通讯作者: Shigeo Maruyama and Susumu Okada

Energetics and electronic structures of single walled carbon nanotubes encapsulated in boron nitride nanotubes

氮化硼纳米管封装单壁碳纳米管的能量和电子结构

• DOI: 10.7567/1882-0786/ab5c02
• 发表时间: 2020
• 期刊: Applied Physics Express
• 影响因子: 2.3
• 作者: K. Hisama;S. Chiashi;S. Maruyama;S. Okada
• 通讯作者: S. Okada

Thermal transport study of molybdenum disulfide nanotubes by molecular dynamics simulations

二硫化钼纳米管的分子动力学模拟热输运研究

• 发表时间: 2019
• 作者: 久間 馨;志賀 拓麿;岡田 晋;千足 昇平;丸山 茂夫
• 通讯作者: 丸山 茂夫

久間 馨, 丸山 実那, 岡田 晋, 千足 昇平, 丸山 茂夫

隈研吾、丸山美奈、冈田进、浅草昌平、丸山繁雄

• 发表时间: 2020
• 作者: Kaoru Hisama;Mina Maruyama;Shohei Chiashi;Shigeo Maruyama and Susumu Okada;単層MoS2ナノチューブのバンドギャップクロスオーバー
• 通讯作者: 単層MoS2ナノチューブのバンドギャップクロスオーバー