Physical properties of covalent organic frame materials

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K05253
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 28020:Nanostructural physics-related
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: Okada Susumu 筑波大学, 数理物質系, 教授 (70302388)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 炭素ナノ物質 / 複合構造 / 電子物性 / エネルギー論

Outline of Final Research Achievements

Using the density functional theory, we investigated the energetics and electronic structures of polymerized hydrocarbon molecules. In particular, we predicted that 2D and 3D covalent networks of polymeric hydrocarbon molecules those were semiconductors with unique band dispersion relation near the band edges. We also found that the electronic structures of heterostructures comprising nanocarbon materials exceeded the simple superposition of that of constituent nanomaterials. Finally, we reported that the electronic structures of nanocarbon materials under an external electric field are senstive to their shape and size.

Free Research Field

物性理論

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本課題では、炭化水素分子からなる共有結合骨格を出発物質として種々の高次構造の電子物性の解明、とくに、高次構造形成時生じる骨格間の相互作用が電子物性に及ぼす影響の解明を行った。さらに、高次構造を用いた新奇物性発現の可能性の探索も併せて起こった。その結果、このような高次構造体においては、骨格間の束縛が非共有結合的な弱い相互作用によるものでも、骨格間の微小な波動関数の混成や分極効果により、有意な電子物性変調が期待できることが明らかになった。このことは、このような共有結合性有機骨格構造体を用いた新たな物質科学の発展を促すという点で、極めて学術的に意義のある成果である。