金属クラスターのフラーレン内部での高速回転の制御に関する理論研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14740329
• Research Institution: Okazaki National Research Institutes
• Principal Investigator: 小林 郁 岡崎国立共同研究機構, 分子科学研究所, 助手 (30285093)
• Keywords: 金属内包フラーレン / 化学修飾 / 有機ケイ素化合物 / 内包金属の動的挙動

Research Abstract

我々はこれまでに、C_<80>フラーレンの内側で、2つのLa原子が室温で高速に回転していることを、理論と実験から明らかにしてきた。La原子はフラーレンの中では価電子をC_<80>に渡し、(La^<3+>)_2C_<80>^<6->の電子状態になっている。したがって、3+の電荷をもった原子が、フラーレンという閉じた真空中で回転し、新しい磁場や電流を発生することは、磁気デバイスや光スイッチへの応用の観点からも極めて興味深い。また、La_2@C_<80>は生成量も多く、安定に存在するので、このLaの内部回転を止めたり動かしたり、自由自在に制御することが出来れば、ナノ材料につながる機能性分子として期待される。しかし、Laの回転のエネルギーバリアは小さく、回転のオン-オフのスイッチを、温度だけでコントロールすることは難しい。そこで、付加反応によってLa_2@C_<80>をフラーレンの外側から化学修飾し、La原子の運動の方向を変化させることが可能かどうかを、非局所密度汎関数法を用いて理論的に研究した。まずはじめに、Sc_3N@C_<80>で行われているDiels-Alder反応を検討した。しかし、Laの回転障壁はLa_2@C_<80>と変わらなかった。ところが、フラーレン類に対して強い電子供与性をもつ、有機ケイ素化合物を付加することによって、C_<80>内部で三次元的に回転していた2個のLa原子が、二次元方向の円運動に変わることを理論予測できた。また、さらに有機ケイ素化合物を付加させると、円運動も制御できることがわかった。

Research Products

• [Publications] K.Kobayashi, S.Nagase: "A Stable Unconventional Structure of Sc_2@C_<66> Found by Density Functional Calculations"Chem. Phys. Lett.. 632. 373-379 (2002)
• [Publications] K.Kobayashi, S.Nagase: "Theoretical Calculations of Vibrational Modes in Endohedral Metallofullerenes : La@C_<82> and Sc_2@C_<84>"Molecular Phys.. 101. 249-254 (2003)
• [Publications] 小林 郁: "金属内包フラーレン-新規な構造の予測から設計へ-"月刊化学工業. 53. 617-622 (2002)
• [Publications] T.Wakahara et al.: "Silylation of Higher Fullerenes"J. Materials Chem.. 12. 2061-2064 (2002)
• [Publications] T.Wakahara et al.: "Ionization and Structural Determination of the Major Isomer of Pr@C_<82>"Chem. Phys. Lett.. 360. 235-239 (2002)
• [Publications] T.Wakahara et al.: "A Non-spectroscopic Method to Determine the Photolytic Decomposition Pathways of 3-Chloro-3-alkyldiazirine ; Carbene, Diazo and Rearrangement in Excited State"J. Am. Chem. Soc.. 124. 9465-9468 (2002)
• [Publications] K.Kobayashi, S.Nagase: "Endofullerenes : A New Family of Carbon Clusters (T.Akasaka, S. Nagase, Eds.)"Kleuwer. 297 (2003)