カーボンナノチューブの電子構造の理論的研究

• Project/Area Number: 14740187
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 固体物性Ⅰ(光物性・半導体・誘電体)
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 三宅 隆 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助手 (30332638)
• Project Period (FY): 2002 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000); Fiscal Year 2004: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2003: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2002: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000)
• Keywords: カーボンナノチューブ / 電子構造 / GW法 / 密度汎関数法

Research Abstract

カーボンナノチューブの電子励起状態は、その電気的性質の理解の基礎となる重要な課題である。しかしながら、個々のチューブを準備することが困難なため実験的にはその詳細が未解明である。一方、理論的には標準的な第一原理計算手法である密度汎関数理論はバンドギャップを過小評価するという原理的な問題を抱えている。そこで我々は、グリーン関数理論に基づいたGW近似を用いてカーボンナノチューブの電子励起状態を調べた。この手法は種々の半導体にこれまで適用され典型的に0.1eVの精度でギャップの実験値を再現することが知られている。
昨年度の半導体チューブ、金属チューブの準粒子バンド構造計算に引き続き、今年度はナローギャップ半導体チューブの電子構造を調べた。その結果、チューブの曲率効果により生じるわずかなギャップが、格子緩和、電子間相互作用両者により、さらに増大することを見いだした。また、準粒子の寿命を計算し、半導体チューブと金属チューブで顕著な違いがあるとの結果を得た。
また、半導体ネットワーク物質という共通の観点から興味が持たれるゼオライトの電子構造を密度汎関数法を用いて計算し、複雑な幾何構造にもかかわらず、ゼオライトの籠を大きな擬似原子とみなした単純な電子構造モデルが妥当であることを見つけた。

Research Products

• [Journal Article] Electronic Structure and Energetics of Fullerites, Fullerides, and Fullerene Polymers (2004)
  • Author(s): S.Saito, K.Umemoto, T.Miyake
  • Journal Title: Structure and Bonding 109 Pages: 41-57
• [Journal Article] Quasiparticle Band Structure of Carbon Nanotubes (2004)
  • Author(s): T.Miyake, S.Saito
  • Journal Title: Transactions of the Material Research Society of Japan 29 Pages: 553-557
  • NAID: 110002222890
• [Journal Article] Electronic properties of alkali-metal loaded zeolites - a "super crystal" Mott insulator (2004)
  • Author(s): R.Arita, T.Miyake, T.Kotani, M.van Schilfgaarde, T.Oka, K.Kuroki
  • Journal Title: Physical Review B 69 Pages: 1951061-1951065
• [Publications] F.Aryaseitawan, T.Miyake, K.Terakura: "Comment on "Total Energy Method from Many-Body Formulation" -Reply"Phys.Rev.Lett.. 90. 189702-1 (2003)
• [Publications] H.Kino, F.Arayasetiawan, I.Solovyev, T.Miyake, T.Ohno, K.Terakura: "GW study of half-metallic electronic structure of La_<0.7>Sr_<0.3>MnO_3"Physica B. 329. 858-859 (2003)
• [Publications] T.Miyake, S.Saito: "Geometry and electronic structure of rhombohedral C_<60> polymer"Chem.Phys.Lett.. 380. 589-594 (2003)
• [Publications] T.Miyake, S.Saito: "Quasiparticle Based Structure of Carbon Nanotubes"Phys.Rev.B. 68. 155424-1-155424-5 (2003)
• [Publications] T.Miyake, S.Saito: "Electronic Structure of Potassium-Doped Carbon Nanotubes"Phys.Rev. B. 65. 165419-1-165419-6 (2002)
• [Publications] F.Aryasetiawan, T.Miyake, K.Terakura: "Total Energy Method from Many-Body Formulation"Phys.Rev.Lett.. 88. 166401-1-166404-4 (2002)
• [Publications] H.Kino, F.Aryasetiawan, K.Terakura, T.Miyake: "Electronic Structure of CaB6 : Abnormal Quasiparticle Shifts"Phys.Rev. B. 66. 121103-1-121103-4 (2002)
• [Publications] T.Miyake, S.Saito: "Electronic Structure of Potassium-Doped Carbon Nanotubes"Physica B. 323. 219-221 (2002)
• [Publications] T.Miyake, F.Aryasetiawan, T.Kotani, M.van Shilfgaarde, M.Usuda, K.Terakura: "Total energy of solids : an exchange and random-phase-approximation correlation study"Phys.Rev. B. 66. 215103-1-215103-4 (2002)
• [Publications] T.Miyake, S.Saito: "Electronic Structure of C60-encapsulating semiconducting nanotube"Solid State Comm.. 125. 201-204 (2003)