| ■若林研究者の研究結果 |
| 計算科学手法によるナノカーボン素子の設計と物性予測 |
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ナノグラフェンの電子状態を明確にして、ナノグラフェンの電子物性を積極的に利用した電子デバイスの構築に貢献しようというものである。 グラフェンのナノ構造ではエッジの割合が大きく、エッジの形状が特性に大きく影響する。ジグザグ端があると、エッジ状態がフェルミ準位近傍に形成され、ほとんど分散のない平坦なバンドが現れる。 エッジ状態は、伝導そのものには関与しないが、エッジ状態に起因するサブバンドに由来する、通常の量子細線とは本質に異なった電子構造をもち、常に一つのチャンネルが完全に伝導することを示した。また、アームチェア型のエッジを有するナノリボンでも、低エネルギー領域で、不純物散乱がほとんど電子輸送に影響を与えない特異な性質を有することを見いだした。 任意のエッジ形状での伝導特性についても解析を行い、グラフェン結晶軸と伝導度の相関を数値的に明らかにした。接合系に対して数値解析を行ったところ、結晶軸がジグザグ方向に近くなると、完全伝導チャンネルのために、電気伝導は金属的になる一方、アームチェア方向に近づくにつれて、絶縁化していくことも示した。また、カイラルナノリボンにおいても、完全伝導チャネルが現れることを明らかにした。 エッジの存在とその形状が、グラフェンの電子物性にどのように影響するかを具体的に明らかにしたことは大いに評価できる。さきがけで培われたネットワークを通じて実験研究との連携が進むものと期待する。 |
| （１）論文（原著論文）発表 | ||
| 1. | K. Wakabayashi, Y. Takane, M. Yamamoto, and M. Sigrist | Edge Effect on Electronic Transport Properties of Graphene Nanoribbons and Presence of Perfectly Conducting Channel, CARBON (Elsvier), vol. 47, 124-137 (2009) |
| 2. | M. Yamamoto, Y. Takane, and K. Wakabayashi | ?Nearly Perfect Single-Channel Conduction in Disordered Armchair Nanoribbons, ?Phys. Rev. B vol. 79, 125421 (2009). |
| 3. | Y. Takane, and K. Wakabayashi | ?Conductance Fluctuation in Disordered Wires with Perfectly Conducting Channels, ?J. Phys. Soc. Jpn. vol. 77, No.5, 054702(1)-054702(6) (2008). |
| 4. | K. Wakabayashi, and M. Sigrist | ?Enhanced conductance fluctuation due to the zero-conductance Fano resonances in the quantum point contact on graphene.?J. Phys. Soc. Jpn. (Letters), vol. 77, No. 11, 113708 (2008). |
| 5. | Y. Takane, S. Iwasaki, Y. Yoshioka, M. Yamamoto, and K. Wakabayashi | ?Conductance Distribution in Disordered Quantum Wires with a Perfectly Conducting Channel, ?J. Phys. Soc. Jpn. vol.78, No.3, 034717 (2009). |
| 6. | K. Sasaki, M. Yamamoto, S. Murakami, R. Saito, M. S. Dresselhaus, K. Takai, T. Mori, T. Enoki, K. Wakabayashi | ?Kohn Anomalies in Graphene Nanoribbons,?Phys. Rev. B80, 155450 (2009). |
| 7. | M. Yamamoto and K. Wakabayashi | ?Control of electric current by graphene edge structure engineering,? Applied Physics Letters vol. 95, 082109 (2009). |
| 8. | K. Sasaki, Y. Shimomura, Y. Takane, and K. Wakabayashi | Hamiltonian decomposition for bulk and surface states,?Phys. Rev. Lett. vol. 102, 146806 (2009). |
| 9. | K. Wakabayashi, Y. Takane, M. Yamamoto and M. Sigrist | ?Electronic transport properties of graphene nanoribbons,?New Journal of Physics, vol.11, 095016 (2009). |
| 10. | K. Sasaki, R. Saito, K. Wakabayashi and T. Enoki | ?Identifying the Orientation of Edge of Graphene Using G Band Raman Spectra, ?J. Phys. Soc. Jpn. 79, 044603 (2010). |
| 11. | K. Sasaki, K. Wakabayashi, and T. Enoki | ?Berry's Phase for Standing Wave Near Graphene Edge, ?New Journal of Physics, 12, 083023 (2010). |
| 12. | K. Wakabayashi, S. Okada, R. Tomita, S. Fujimoto, and Y. Natsume | ?Edge States and Flat Bands of Graphene Nanoribbons with Edge Modification,?J. Phys. Soc. Jpn. 79, 034706 (2010). |
| 13. | K. Wakabayashi, K. Sasaki, T. Nakanishi, and T. Enoki | Electronic states of graphene nanoribbons with analytic solutions ?Sci. Technol. Adv. Mater. 11 (2010) 054504. |
| 著作物 | ||
| 1. | Katsunori Wakabayashi | Electronic properties of graphene nanoribbons, Graphene Nanoelectronics, Springer Series in Materials Science, Edited by Hassan Raza, Springer-Verlag |
| 2. | Koichi Kusakabe, and Katsunori Wakabayashi | Nano-carbon systems: Nanotubes and graphene, Handbook of computational materialas design, Edited by H. Katayama-Yoshida et.al, Pan Stanford Publishing, Singapore |
| 3. | 若林克法, 草部浩一 | グラフェンシートの電子物性 - ナノグラフェン - ?日本物理学会誌解説 63巻 p. 344-352 (2008年5月) |
| 4. | 若林克法 | ナノグラフェンの特異な電子物性, 炭素(TANSO), no. 243, 116-120 (2010). |
| 5. | 若林克法 | グラフェン電子状態の理論的側面、日経エレクトロニクス別冊、グラフェン・イノベーション、日経BP社(2011) |
| 6. | 塚越一仁, 若林克法 | ?新たな世界を作り出した物質"グラフェン" - 流れを引き寄せた洞察力 -, 岩波書店 科学 2011年１月号 |
| 主たる招待講演 | ||
| 1. | (招待講演) | Joint International Conference “Advanced Carbon Nanostructures” combining the 10th Biennial Workshop “Fullerenes and Atomic Clusters” and the 4th International Symposium “Detonation Nanodiamonds Technology, Properties, and Applications” , July 4-8, 2011, St. Petersburg, Russia |
| 2. | (基調講演) | Graphene 2011 ?IMAGINENANO-, Apr. 11-14, 2011, Bilbao Exhibition Center, Bilbao, Spain |
| 3. | (招待講演) | Graphene Workshop 2011 in Lancaster, UK, Feb., 2011, Lancaster University, UK |
| 4. | (招待講演) | K.Wakabayashi, Quantum Electronic Transport and Magnetic Properties of Nanographene Systems, Graphene Workshop 2011 in Tsukuba, Jan. 17-18, 2011, Okura Frontier Hotel Tsukuba |
| 5. | (招待講演) | K. Wakabayashi(NIMS/MANA, JST/PRESTO), Electronic and Transport Properties of Nano-Graphene Systems, International Conference on Quantum Effects in Solids of Today (I-ConQuEST), Dec. 20-23, 2010, National Physical Laboratory, New Delhi, India. |
| 6. | (招待講演) | K. Wakabayashi, Electronic and Transport Properties of Graphene Nanoribbons and Nanojunctions, Solid State Device and Materials (SSDM2010), Area 9, F-1 Graphene Structures and Transport, The University of Tokyo, 2010, Sep. 22 |
| 7. | (招待講演) | K. Wakabayashi, Peculiar Electronic and Transport of Graphene Nanoribbons, MANA Symposium 2010, 2010, Mar. 3, Tsukuba, Japan |
| 8. | (招待講演) | K. Wakabayashi, Electronic Transport of Nanographene: Effect of Geometry and Edges, Indo-Japan Conference on “Graphene”, 2009,Nov.17-19, Jawharlar Nehru Center for Advanced Scientific Research, Bangalore, India |
| 9. | (招待講演) | K. Wakabayashi, Electronic Transport of Nanographene: Effect of Geometry and Edges, ICCMSE2009, 2009年9月30日, Rhodes, Greece. |
| 10. | (招待講演) | K. Wakabayashi, Electronic Transport of Nanographene: Effect of Geometry and Edges, KIAS Workshop on Physical Properties of Graphene, Korea Institute for Advanced Science(KIAS), Seoul, South Korea, Jun. 29-Jul.2, 2009. |
| 11. | (口頭発表) | K. Wakabayashi, Edge Shape and Magnetic Field Effects on Electronic Transport Properties of Graphene Nanoribbons, 15th International Symposium on Intercalation Compounds, Beijing, China, 10-14 May 2009. |
| 12. | (招待講演) | K. Wakabayashi, Electronic Transport Properties of Graphene Nanoribbons, Okazaki Conference 2009, From Aromatic Molecules to Graphene: Chemistry, Physics and Device Applications, Okazaki Conference Center, Okazaki, Japan, Feb. 21-23, 2009. |
| 13. | (招待講演) | K. Wakabayashi, Peculiar Quantum Transport Properties of Graphene Nanoribbons, International Symposium on “Graphene Device: Technology, Physics and Modeling”(ISGD2008), University of Aizu, Fukushima, Japan, Nov. 17-19, 2008. |
| 14. | (口頭発表) | K. Wakabayashi, Y. Takane, and M. Sigrist, Perfectly Conducting Channel of Disordered Nanographene Ribbons, 29th International Conference on Physics of Semiconductor, Rio de Janeiro, Brazil, July 27- Aug. 1, 2008. |
| 15. | (招待講演) | K. Wakabayashi, Electronic transport properties and perfectly conducting channel of disordered graphene nanoribbons, Jun. 19, 2008, Aspen Center for Physics, Aspen, Colorado USA. |
| 16. | （シンポジウム講演） | 若林克法(物材機構), 応用物理学会シンポジウム「革新的デバイス創成を指向した物理とテクノロジーの探索」, 計算科学手法によるカーボン素子の設計と物性予測(25分), (2010年9月15日 長崎大学文教キャンパス工学部１号館1F-12) |
| 17. | (招待講演) | 若林克法(物材機構), MNC2010(23rd International Microprocess and Nanotechnology Conference, Nov.9-12,2010) 技術セミナー「グラフェン」, “理論計算からの興味 何が期待されるか”(45分), (2010年11月9日 リーガロイヤルホテル小倉) |
| 18. | （招待講演） | 若林克法(物材機構), ナノグラフェンの電子物性と輸送特性, 物性研究所短期研究会「ディラック電子系の物性－グラフェンおよび関連物質の最近の研究」(2009年10月22-24日 東京大学物性研究所) |
| 19. | (依頼講演) | 若林克法(物材機構), ナノグラフェンの電子物性と輸送特性, 新世代研究所第２回ナノカーボン研究会, (2009年9月11日 新世代研究所) |
| 20. | (シンポジウム講演) | 若林克法(広大院先端物質), 領域７シンポジウム「グラフェン研究の焦点 ー新しい挑戦?」日本物理学会(2008年9月 岩手大学) |
| 21. | (依頼講演 | )Katsunori Wakabayashi (NIMS-MANA), ナノグラフェンの特異な電子物性, 東京大学物性研究所理論セミナー, 2010年6月4日, 東京大学物性研究所. |
| 22. | (依頼講演) | Katsunori Wakabayashi (NIMS-MANA), Peculiar Low-Energy Physical Properties of Nanographenes, MANA Seminar, 2010年1月29日, NIMS-MANA. |
| 23. | (依頼講演) | 若林克法(物材機構), グラフェンナノリボンにおける特異なナノスケール効果と電子物性, 電子情報技術産業協会セミナー, 2010年1月15日, 慶應義塾大学日吉キャンパス. |
| 24. | (依頼講演) | 若林克法(物材機構), グラフェンにおける特異なナノスケール効果と電子物性, 物質・材料研究機構有機デバイスクラスターセミナー, 2010年1月6日, 物質・材料研究機構並木地区共同研究棟4F. |
| 25. | (依頼講演) | 若林克法(物材機構), グラフェンにおける特異なナノスケール効果と電子物性, 奈良女子大学凝縮系物理セミナー, 2009年12月15日, 奈良女子大学理学部. |
| 26. | (依頼講演) | K. Wakabayashi, Electronic Transport of Nanographene: Effect of Geometry and Edges, The 1st MANA/NIMS-CEMES/CNRS Joint Workshop on the Fusion of Theory and Experiment, 2009年10月13日. Thoulouse, France. |
| 27. | (依頼講演) | K. Wakabayashi, Electronic Transport of Nanographene: Effect of Geometry and Edges, NIMS CMS Seminar, 2009年6月10日. |
| 28. | (依頼講演) | 科学技術未来戦略ワークショップ「次世代を拓くナノエレクトロニクス」, 計算科学に基づくナノカーボンの電子物性, JST研究開発戦略センター, 2009年3月9日, 若林克法(広島大学, JSTさきがけ) |
| 29. | (依頼講演) | ナノグラフェンにおけるエッジ状態が担う特異な電子物性, 東北大学理学部物理教室物性コロキュウム, 2008年9月4日, 16:30-18:00, 若林克法(広島大学) |
| 30. | (依頼講演) | Electronic Properties of Nano-Graphene Ribbons, K. Wakabayashi (Hiroshima Univ. and PRESTO/JST), 2007年10月23日. ETH-Zurich, Klaus Ensslin Group. |