グラファイト状化合物BC_3とその類似物質の電子構造パラメータの第一原理的決定

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05640372
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 中尾 憲司 筑波大学, 物質工学系, 教授 (30011597)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 水野 誠司 北海道大学, 工学部, 助手 (90222322)
• Keywords: グラファイト状化合物 / BC_3とBC_2N / 第一原理電子状態計算 / 電荷移動量 / ボンド状態 / 局所状態密度 / フラーレン

Research Abstract

層状物質であるグラファイト中の炭素を,一部ホウ素で置換したBC_3,及びホウ素と窒素で置換したBC_2Nについて,可能ないくつかの原子配置に対して,局所密度汎関数理論に基づく数値基底LCAO法を用いて,第一原理セルフコンシステントなバンド計算を実行し,それらの電子状態を求めた。この際,グラファイトの場合と比較して,炭素をホウ素や窒素で置換した効果を調べるために,原子間の電荷移動量を各原子のマリケン電荷を計算することで評価した。
バンド構造については,以前のカリフォルニア大学の計算結果と比べて,価電子バンド構造に大きな違いが見られた。現在との違いの原因を考察中である。電荷移動量の結果からは,ホウ素はB^+に,窒素はN^-に近いイオン状態になっていることが分った。これは元素の電気陰性度の差が本質的であり,BC_3とBC_2Nはイオン結晶の性格が強いことを意味しているが,グラファイト状構造に特徴的な共有結合に基づくSp^2ネットワークの形成とは反しているように見える。結晶構造とボンド状態の関連を現在検討中である。
また,今後発展するであろう光電子分光やSTMの実験を念頭において,局所状態密度と電子分布の様子を詳しく計算することを現在実行中である。
以上の検討結果がまとまり次第,6年度に成果の公表を行う予定であるが,今年度は研究課題と密接に関連するフラーレンとそれをホウ素と窒素で置換したクラスターの電子状態とボンド状態も同時に研究した。今年度の公表成果は主にこれらに関したものである。

Research Products

• [Publications] S.Suzuki,D.Inomata,N.Saside,K.Nakao: "Jahn-Teller distortion in the lowest excited state of C_<60>" Phys.Rev.B. 48. 14615-14622 (1993)
• [Publications] S.Suzuki,D.Inomata,N.Saside,K.Nakao: "Interaction between intramolecular vibrations and low-lying excited states of C_<60>" Fullerene Science and Technology. 2. chapter9 (1993)
• [Publications] S.Suzuki,D.Inomata,N.Saside,K.Nakao: "Lattice relaxation in the lowest excited state of C_<60>" Proc.of the 3rd IUMRS Int.Conf.on Advanced Materials. (1994)
• [Publications] D.Inomata,N.Kurita,M.Fujita,S.Suzuki,K.Nakao: "Stability of boron and nitrogen substituted buckminster fullerene" Proc.of the 3rd IUMRS Int.Conf.on Advanced Materials. (1994)
• [Publications] K.Nakao,N.Kurita,M.Fujita: "Ab initio molecular-orbital calculation for C_<70> and seven isomers of C_<80>" Phys.Rev.B. 49. (1994)