2004 Fiscal Year Annual Research Report
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15510086
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
SLUITER MARCEL 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (70292266)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川添 良幸 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (30091672)
水関 博志 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (00271966)
西松 毅 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (70323095)
佐原 亮二 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (30323075)
JAIN Amit 東北大学, 金属材料研究所, 科学技術振興研究員
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| Keywords | 金属内包シリコンフラーレン / シリコンナノチューブ / ナノクラスター / ナノテクノロジー / ナノ構造体 / 第一原理計算 / 材料設計 / 機能性材料 |
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| Research Abstract |
本研究は新しいナノクラスターの創成を目指し、金属内包シリコンクラスターとそれを基本構造に持つナノ構造体に関する研究である。従来、金属元素とシリコンの系では、1965年フランスのCrosらにより合成された、ガスハイドレートと同形のシリコンクラスレート化合物(Silicon Clathrate)が広く知られていた。これはSi20,Si24,Si28の多面体ケージの連結により構成されており、ケージ内にはアルカリ金属原子1個が内包されている。シリコンが炭素と同じIV属元素であることや、金属をドープした炭素クラスター、フラーレンとの構造の類似性が注目されていた。さらに、2001年に、筑波大学の研究グループが実験と理論計算により、タングステン内包シリコン12量体が六角柱の形状であり、極めて安定であることを見出した。そのため、金属内包シリコンクラスターに対する実験及び理論的研究が盛んに行われるようになっている。本研究では、シリコンクラスレートのようにケージが繋がった形状ではなく、より対称性が高く、安定な構造体の網羅的探索を行い、さらに水との反応性およびシリコンクラスター1個を単量体とした時の多量体の物性について調べた。
本研究グループが行ったシリコンフラーレンおよびそれを基本構造にもつナノ構造体の研究では、種々の元素に依存した物性計算と安定性の詳細解明を行うと共に、水素終端により内包金属のない籠状安定構造を見出した。金属や2元合金クラスターの最安定構造決定と物性算定も数多く行い、系統的な理解を得た。さらに、その電気伝導特性を第一原理シミュレーション計算によって詳細に検討した。内包原子種によって、半導体、金属、さらには半金属までが可能であることを示すことに成功した。特に、磁性に関する研究では、スピントロニクス用材料として期待できる機能を予言した。
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