| 研究概要 |
カーボンナノチューブは, 通常の量子細線とはトポロジカルに異なっており, さらにグラフェン上で電子が自由電子とは異なった運動をするために, 興味深い性質を示す. この特徴は, グラフェンを連続体とみなし, 有効質量近似で扱うことにより, はっきりする. すなわち, ナノチューブ上の電子の運動はニュートリノに対する2行2列のWeylの方程式で記述される. ただし, 円筒を一周したときに波動関数に余分の位相がつく. この位相はナノチューブの螺旋構造により決まり, ナノチューブが金属になるか半導体になるのかが決まる. この研究では, カーボンナノチューブや新しいナノチューブ物質の興味深い特異な伝導現象と光応答を理論的に解明し予言することを目的とする.
本研究で理論的に明らかにしたい問題は, (1)金属的なナノチューブに存在する完全透過チャネルの及ぼす効果, (2)多層ナノチューブの層間相互作用の効果, (3)ナノチューブ先端の電子状態特にトポロジカル欠陥に伴う局在状態, (4)バンド構造に対する多体効果と光スペクトルに対すう励起子効果, である. 本年度はこれらの問題について, 以下のような成果を得た.
(1)電気伝導現象に関して, 長波長の光学フォノン, 及びK点とK'点の間の谷間散乱を引き起こすブリュアン域境界フォノンについて, 相互作用の有効ハミルトニアンを導出し, 強電場下での電気伝導での境界フォノンの重要性を明らかにした. (2)多層ナノチューブでは, 印加電場が1〜2層で遮蔽されること, また, 磁場による大きな反磁性磁界分布が生じ, それが核磁気共鳴の共鳴形状として観測可能であることを示した. (3)2光子吸収スペクトルの計算を行い, 励起子の励起状態が観測されること, 1次元性にも関わらず, そのエネルギー準位が比較的水素原子と近いことを示した. 励起準位のエネルギーが相互作用強度に敏感なために, 実験との比較により, 電子間相互作用強度が精密に決定できることを示した.
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