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論文

Contact-induced spin polarization in BNNT(CNT)/TM (TM=Co, Ni)nanocomposites

Kuzubov, A. A.*; Kovaleva, E. A.*; Avramov, P. V.*; Kuklin, A. V.*; Mikhaleva, N. S.*; Tomilin, F. N.*; 境 誠司; 圓谷 志郎; 松本 吉弘*; 楢本 洋*

Journal of Applied Physics, 116(8), p.084309_1 - 084309_4, 2014/08

 被引用回数:8 パーセンタイル:55.31(Physics, Applied)

The interaction between carbon and BN nanotubes (NT) and transition metal Co and Ni supports was studied using electronic structure calculations. Several configurations of interfaces were considered, and the most stable ones were used for electronic structure analysis. All NT/Co interfaces were found to be more energetically favorable than NT/Ni, and conductive carbon nanotubes demonstrates lightly stronger bonding than semiconducting ones. The presence of contact-induced spin polarization was established for all nanocomposites. It was found that the contact-induced polarization of BNNT leads to the appearance of local conductivity in the vicinity of the interface while the rest of the nanotube lattice remains to be insulating.

論文

Atomic structure and physical properties of fused porphyrin nanoclusters

Avramov, P. V.*; Kuzubov, A. A.*; 境 誠司; 大伴 真名歩*; 圓谷 志郎; 松本 吉弘*; Eleseeva, N. S.*; Pomogaev, V. A.*; 楢本 洋*

Journal of Porphyrins and Phthalocyanines, 18(7), p.552 - 568, 2014/07

 被引用回数:1 パーセンタイル:100(Chemistry, Multidisciplinary)

A wide variety of planar and curved fused porphyrin/metalloporphyrin nanoclusters have been studied at the LC-GGA DFT level. It was found that curved and hollow-caged 0D and 1D nanoclusters are metastable and bear unique atomic and electronic structure and mechanical properties. Under different types of mechanical loads the nanoclusters display ultrastrong and superelastic properties. The curvature of the hollow cage nanoclusters leads to the redistribution of the metal d states near the Fermi level. The extremely high spin states allow one to use Fe-porphyrin nanoclusters as molecular supermagnets and logic quantum gates for holonomic quantum computations.

論文

Contact-induced spin polarization of monolayer hexagonal boron nitride on Ni(111)

大伴 真名歩; 山内 泰*; Kuzubov, A. A.*; Eliseeva, N. S.*; Avramov, P.*; 圓谷 志郎; 松本 吉弘; 楢本 洋*; 境 誠司

Applied Physics Letters, 104(5), p.051604_1 - 051604_4, 2014/02

 被引用回数:10 パーセンタイル:47.93(Physics, Applied)

六方晶窒化ホウ素(h-BN)はグラフェン・スピントロニクスのトンネルバリア材料として有望視されている。本研究ではスピン偏極準安定ヘリウム脱励起分光法(SPMDS)を用いて、Ni(111)上の単層h-BNのスピン分解バンド構造を調べた。SPMDSの最表面敏感性により、Ni 3$$d$$ピークの重複を受けずに部分的に占有されたギャップ内順位を検出できた。さらにこのギャップ内順位は大きなスピン偏極を持ち、Niの多数スピン側に偏極していることが示された。この正のスピン偏極は、h-BN/Ni(111)界面における$$pi$$-$$d$$軌道混成によるものであると帰属できた。

論文

Contact-induced spin polarization in graphene/$$h$$-BN/Ni nanocomposites

Avramov, P.; Kuzubov, A. A.*; 境 誠司; 大伴 真名歩; 圓谷 志郎; 松本 吉弘; 楢本 洋*; Eliseeva, N. S.*

Journal of Applied Physics, 112(11), p.114303_1 - 114303_10, 2012/12

 被引用回数:14 パーセンタイル:41.1(Physics, Applied)

Atomic and electronic structure of graphene/Ni(111), $$h$$-BN/Ni(111) and graphene/$$h$$-BN/Ni(111) nanocomposites with different numbers of graphene and $$h$$-BN layers and in different mutual arrangements of graphene/Ni and $$h$$-BN/Ni at the interfaces was studied using LDA/PBC/PW technique. For the sake of comparison, corresponding graphene, $$h$$-BN and graphene/$$h$$-BN structures without the Ni plate were calculated using the same technique. It was suggested that C-$$top$$:C-$$fcc$$ and N-$$top$$:B-$$fcc$$ configurations are energetically favorable for the graphene/Ni and $$h$$-BN/Ni interfaces, respectively. The Ni plate was found to induce a significant degree of spin polarization in graphene and $$h$$-BN caused by direct exchange interactions of the electronic states located on different fragments.

論文

High-capacity electrode material BC$$_{3}$$ for lithium batteries proposed by ${it ab initio}$ simulations

Kuzubov, A. A.*; Fedorov, A. S.*; Eliseeva, N. S.*; Tomilin, F. N.*; Avramov, P.; Fedorov, D. G.*

Physical Review B, 85(19), p.195415_1 - 195415_4, 2012/05

 被引用回数:27 パーセンタイル:21.26(Materials Science, Multidisciplinary)

The absorption energy and diffusion rates of lithium atoms inside graphitelike boron carbide (BC$$_{3}$$) crystal are investigated by the ${it ab initio}$ pseudopotential density-functional method using generalized gradient approximation. It is shown that lithium may effectively intercalate this structure with the maximum lithium concentration corresponding to Li$$_{2}$$BC$$_{3}$$ stoichiometry, which is threefold in comparison to lithium in graphite. The potential barrier values for lithium diffusion both at low and maximum concentration are about 0.19 eV, so lithium atoms inside the BC$$_{3}$$ structure can move easily. These findings suggest that boron carbide looks like a good candidate as an anode material in lithium ion batteries.

論文

Relative isomer abundance of fullerenes and carbon nanotubes correlates with kinetic stability

Fedorov, A. S.*; Fedorov, D. A.*; Kuzubov, A. A.*; Avramov, P.; 西村 好史*; Irle, S.*; Witek, H. A.*

Physical Review Letters, 107(17), p.175506_1 - 175506_5, 2011/10

 被引用回数:19 パーセンタイル:25.77(Physics, Multidisciplinary)

A methodology to evaluate the kinetic stability of carbon nanostructures is presented based on the assumption of the independent and random nature of thermal vibrations. The kinetic stability is directly correlated to the cleavage probability for the weakest bond of a given nanostructure. The application of the presented method to fullerenes and carbon nanotubes yields clear correlation to their experimentally observed relative isomer abundances. The general and simple formulation of the method ensures its applicability to other nanostructures for which formation is controlled by kinetic factors.

論文

Influence of size effect on the electronic and elastic properties of diamond films with nanometer thickness

Chernozatonskii, L. A.*; Sorokin, P. B.*; Kuzubov, A. A.*; Sorokin, B. P.*; Kvashnin, A. G.*; Kvashnin, D. G.*; Avramov, P.; Yakobson, B. I.*

Journal of Physical Chemistry C, 115(1), p.132 - 136, 2011/01

 被引用回数:43 パーセンタイル:18.07(Chemistry, Physical)

The atomic structure and physical properties of quasi 2D diamanes (few-layered oriented diamond nanocrystals, covered by hydrogen atoms from both sides) are studied using electronic band structure calculations. It was shown that energy stability linear increases upon increasing of the thickness of proposed structures. All 2D carbon nanoclusters display direct dielectric band gaps with nonlinear quantum confinement response upon the thickness. Elastic properties of diamanes reveal complex dependence upon increasing of the number of $$<$$111$$>$$ layers. All theoretical results were compared with available experimental data.

論文

Density-functional theory study of the electronic structure of thin Si/SiO$$_{2}$$ quantum nanodots and nanowires

Avramov, P.; Kuzubov, A. A.*; Fedorov, A. S.*; Sorokin, P. B.*; Tomilin, F. N.*; 前田 佳均

Physical Review B, 75(20), p.205427_1 - 205427_8, 2007/05

 被引用回数:16 パーセンタイル:39.01(Materials Science, Multidisciplinary)

本研究では、狭い界面を持つ5角形のSi/SiO$$_{2}$$量子ナノドット(QDs,直径1.6nm)及びナノワイヤ(NWs)を提案し、元となるシリコンの準安定構造(直径1.2nm)とともに、その原子構造と電子構造を、クラスター近似B3LYP/6-31G$$^{*}$$及び周期的境界条件(PBC)平面波近似(PW)擬ポテンシャル(PP)局所密度近似法を用いて計算した。最も小さい擬球状QD(Si$$_{85}$$)の全状態密度(TDOS)はPBC PW PP LDAで計算した結晶性シリコンのTDOSによく一致した。伸長したSiQDsとSiNWsは金属的特性を持った電子構造を示す。しかし、表面に酸化層を持つとSi/SiO$$_{2}$$クラスターのTDOS中にバンドギャップができる。これらの粒子の価電子帯の上端と伝導帯の底は、核となるSiに由来した電子状態によって形成される。理論的に予測されるバンドギャップの幅は、Si/SiO$$_{2}$$クラスターの長さによって決定され、さらに、シリカに埋め込まれたナノシリコンのフォトルミネッセンススペクトルにおけるサイズ効果を高い精度で説明できる。

口頭

Structure and electronic properties of Si/SiO$$_{2}$$ clusters, nanoparticles and nanowires

Avramov, P.; Kuzubov, A. A.*; Fedorov, A. A.*; Tomilin, F. N.*; Sorokin, P. B.*

no journal, , 

シリカのナノクラスターSi$$_{m}$$O$$_{n}$$はSi/SiO$$_{2}$$ナノ物質の前駆物質であり、その合成において重要な役割を果たす。本研究では、まず、Si$$_{m}$$O$$_{n}$$(m=2, 3, n=1-5)の生成と異性化について、その反応経路を6-31G(d)基底関数系を使った2次のMoller-Plesset摂動論(MP2)を用いて計算した。多くの異性化反応について遷移状態が存在することがわかったものの、分離された反応物からのクラスターの形成については、Si$$_{3}$$O$$_{3}$$とSi$$_{3}$$O$$_{4}$$についてのみ遷移状態が見いだされた。次に、密度汎関数法(B3LYP/6-31G$$^{*}$$)及び、周期的境界条件,擬ポテンシャル,平面波近似を用いた局所密度近似法を用いて、Si及びSi/SiO$$_{2}$$からなる量子ドット,ナノワイヤの電子構造を計算した。SiナノワイヤとSi量子ドットは、その多結晶性によりすべて金属的な電子状態を示すことがわかった。また、Siナノワイヤの表面に酸化によってSiO$$_{2}$$が存在するとSi/SiO$$_{2}$$ナノワイヤの構造はすべて安定になり、SiO$$_{2}$$の存在によってバンドギャップ($$sim$$1.4eV)を持つようになる。これらのSi/SiO$$_{2}$$ナノ物質の価電子帯の上端と伝導帯の底は、おもにSiのp軌道で形成される。

口頭

Structure, potential energy surfaces and electronic states of graphene- and multigraphene-based 2D extended complex nanocomposites

Avramov, P.; 境 誠司; Kuzubov, A. A.*; 圓谷 志郎; 松本 吉弘; 楢本 洋*

no journal, , 

グラフェン及び多層グラフェン基ナノコンポジットの原子・電子構造及び原子の拡散に対するポテンシャルエネルギー局面について、第1原理LC-DFT法による理論計算を行った。周期境界条件と組合せたLC-DFT計算を行うことで、結合の弱い多層グラフェン及びグラフェンの原子構造を高い精度で計算できることを明らかにした。周期境界条件とクラスタ近似を用いて炭素・酸素及びニッケルの各吸着原子のグラフェン面内及び積層方向への拡散に関するポテンシャルエネルギー局面の計算を行った結果、LC-DFT法を用いることでこれらの拡散障壁を高い精度で予測できることが示された。

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