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未発見シリコンナノワイヤーの構造予測と物性評価

研究課題

研究課題/領域番号 15510086
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 ナノ構造科学
研究機関東北大学

研究代表者

SLUITER Marcel (SLUTER Marcel / SLUITER MARCEL)  東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (70292266)

研究分担者 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
研究期間 (年度) 2003 – 2004
研究課題ステータス 完了 (2004年度)
配分額 *注記
3,300千円 (直接経費: 3,300千円)
2004年度: 1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
2003年度: 1,800千円 (直接経費: 1,800千円)
キーワード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
研究概要

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。

報告書

(3件)
  • 2004 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2003 実績報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2004 その他

すべて 雑誌論文 (12件) 文献書誌 (3件)

  • [雑誌論文] Exohedral Functionalization of the Icosahedral Cluster Si_<20> H_<20> : a Density Functional Theory Study2004

    • 著者名/発表者名
      Fabio Pichierri, Vijay Kumar, Yoshiyuki Kawazoe
    • 雑誌名

      Chem.Phys.Lett 383

      ページ: 544-548

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Smallest Magic Caged Clusters of Si, Ge, Sn and Pb by Encapsulation of Transition Metal Atom2004

    • 著者名/発表者名
      Vijay Kumar, Abhishek Kumar Singh, Yoshiyuki Kawazoe
    • 雑誌名

      Nano Letters 4

      ページ: 677-681

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Interaction of Magic Gold Cluster with Si_<60> Cage2004

    • 著者名/発表者名
      Q.Sun, Q.Wang, Y.Kawazoe, P.Jena
    • 雑誌名

      Eur.Phys. 29

      ページ: 231-234

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Growth and Magic Behavior of Metal Encapsulated Silicon Clusters2004

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Kawamura, Vijay Kumar, Yoshiyuki Kawazoe
    • 雑誌名

      Materials Transactions 45

      ページ: 1429-1432

    • NAID

      80016707187

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Predictions of Novel Nanostructures of Silicon by Metal Encapsulation2004

    • 著者名/発表者名
      Vijay Kumar
    • 雑誌名

      Computational Materials Science 30

      ページ: 260-268

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書 2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Water Adsorption on Ti-doped Silicon Clusters2004

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Kawamura, Vijay Kumar, Yoshiyuki Kawazoe
    • 雑誌名

      Phys.Rev.B. 70

      ページ: 1934021-1934024

    • NAID

      120003780733

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Exohedral Functionalization of the Icosahedral Cluster Si_<20>H_<20> : a Density Functional Theory Study2004

    • 著者名/発表者名
      Fabio Pichierri, Vijay Kumar, Yoshiyuki Kawazoe
    • 雑誌名

      Chem.Phys.Lett 383

      ページ: 544-548

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Exohedral Functionalization of the Icosahedral Cluster Si_<20> H_<20> : a Density Functional Theory Study2004

    • 著者名/発表者名
      Fabio Pichierri
    • 雑誌名

      Chem.Phys.Lett 383

      ページ: 544-548

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Smallest Magic Caged Clusters of Si, Ge, Sn and Pb by Encapsulation of Transition Metal Atom2004

    • 著者名/発表者名
      Vijay Kumar
    • 雑誌名

      Nano Letters 4

      ページ: 677-681

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Interaction of Magic Gold Cluster with Si_<60> Cage2004

    • 著者名/発表者名
      Q.Sun
    • 雑誌名

      Eur.Phys. 29

      ページ: 231-234

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Growth and Magic Behavior of Metal Encapsulated Silicon Clusters2004

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Kawamura
    • 雑誌名

      Materials Transactions 45

      ページ: 1429-1432

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Water Adsorption on Ti-doped Silicon Clusters2004

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Kawamura
    • 雑誌名

      Phys.Rev.B. 70

      ページ: 1934021-1934024

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [文献書誌] Vijay Kumar, Tina Marie Briere, Yoshiyuki Kawazoe: "Ab initio calculations of electronic structures, polarizabilities, Raman and infrared spectra, optical gaps, and abssorption spectra of M@Si-16 (M=Ti and Zr) clusters"PHYSICAL REVIEW B. 68(15). 155412 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Vijay Kumar, Yoshiyuki Kawazoe: "Metal-doped magic clusters of Si, Ge, and Sn : The finding of a magnetic superatom"APPLIED PHYSICS LETTERS. 83(13). 2677-2679 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Abhishek Kumar Singh, Vijay Kumar, Yoshiyuki Kawazoe: "Metal encapsulated nanotubes of silicon and germanium"Jounal of Materials Chemistry. 14. 555-563 (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書

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公開日: 2003-04-01   更新日: 2016-04-21  

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