ナノチューブ新物質のデザインと電子構造・物性解明

2011 年度 研究成果報告書

• 研究領域: カーボンナノチューブナノエレクトロニクス
• 研究課題/領域番号: 19054005
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 斎藤 晋 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (00262254)
• 連携研究者: 是常 隆 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助教 (90391953) ; 藤本 義隆 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 特任助教 (70436244)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2011
• キーワード: ナノチューブ / グラフェン / ナノカーボン

研究概要

試料中に存在する大多数のナノチューブが属する、いわゆるカイラルナノチューブも含めて、カーボンナノチューブ系に対する系統的な第一原理電子構造研究を世界で初めて達成した。その結果、エネルギー論、電子構造、幾何構造において、それぞれ、一群の系統的な変化を示す「ファミリーパターン」の存在を明らかにした。また、カイラルナノチューブにおける自発的な捻りの存在を解明し、さらに、グラフェン系に周期的構造修飾を施すことによる半導体化の研究も展開した。

研究成果

• [雑誌論文] Energetics and electronic properties of twisted single-walled carbon nanotubes (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Kato, T. Koretsune and S. Saito
  • 雑誌名: Phys. Rev. 巻: B 85 ページ: 115448-1-4
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevB.85.115448
• [雑誌論文] Geometries and Electronic Structure of Graphene and Hexagonal BN Superlattices (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Sakai and S. Saito
  • 雑誌名: Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 巻: 1407 ページ: 1407-AA08-03-1-6
  • DOI: 10.1557/opl.2012.455
• [雑誌論文] Formation, Stabilities, and electronic properties of nitrogen defects in graphene (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Fujimoto and S. Saito
  • 雑誌名: Phys. Rev. 巻: B84 ページ: 245446-1-245446-7
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevB.84.245446
• [雑誌論文] Structure and stability of hydrogen atom adsorbed on nitrogen-doped carbon nanotubes (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Fujimoto, and S. Saito
  • 雑誌名: J. Phys: Conf. Ser. 巻: 302 ページ: 012006-1-012006-4
  • DOI: DOI:10.1088/1742-6596/302/1/012006
• [雑誌論文] Twisting Effects on Carbon Nanotubes: A First-Principles Study with Helical Symmetry Operations (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Kato, T. Koretsune, and S. Saito
  • 雑誌名: J. Phys: Conf. Ser. 巻: 302 ページ: 012007-1-012007-4
  • DOI: DOI:10.1088/1742-6596/302/1/012007
• [雑誌論文] Electronic properties of graphene and boron-nitride based nanostructured materials (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Sakurai, Y. Sakai, and S. Saito
  • 雑誌名: J. Phys: Conf. Ser. 巻: 302 ページ: 012018-1-012018-6
  • DOI: DOI:10.1088/1742-6596/302/1/012018
• [雑誌論文] Impurities Effects on the Electronic Structure of Titanium Dioxide (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Aoki, and S. Saito
  • 雑誌名: J. Phys: Conf. Ser. 巻: 302 ページ: 012034-1-012034-4
  • DOI: DOI:10.1088/1742-6596/302/1/012034
• [雑誌論文] Electronic structure and stability of layered superlattice composed of graphene and boron nitride monolayer (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Sakai, T. Koretsune and S. Saito
  • 雑誌名: Phys. Rev. 巻: B83 ページ: 205434-1-205434-8
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevB.83.205434
• [雑誌論文] One-dimensional alkali-doped C60 chains encapsulated in BN nanotubes (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Koretsune, S. Saito and M. L. Cohen
  • 雑誌名: Phys. Rev. 巻: B83 ページ: 193406-1-193406-4
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevB.83.193406
• [雑誌論文] Simple-cubic three-dimensional C_<60> polymer (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamagami and S. Saito
  • 雑誌名: Physica. 巻: E 43 ページ: 661-668
• [雑誌論文] Geometries, eletronic structures and energetics of small-diameter single-walled carbon nanotubes (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Kato and S. Saito
  • 雑誌名: Physica. 巻: E 43 ページ: 669-672
  • DOI: 10.1016/j.physe.2010.07.025
• [雑誌論文] Pressure-induced structural phase transition of small-diameter carbon nanotubes (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Sakurai and S. Saito
  • 雑誌名: Physica. 巻: E 43 ページ: 673-676
  • DOI: 10.1016/j.physe.2010.07.026
• [雑誌論文] Energetics and electronic structures of pyridine-type defects in nitrogen-doped carbon nanotubes (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Fujimoto and S. Saito
  • 雑誌名: Physica. 巻: E 43 ページ: 677-680
  • DOI: 10.1016/j.physe.2010.07.027
• [雑誌論文] Body-Centered Tetragonal C_4: A Viable sp^3 Carbon Allotrope (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Umemoto, R. M. Wentzcovitch, S. Saito, and T. Miyake
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 104 ページ: 125504-1-4
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevLett.104.125504
• [雑誌論文] Systematic Study of Work Functions of Single-walled Carbon Nanotubes (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Kato and S. Saito
  • 雑誌名: in Nanotubes and Related Nanostructures -2009 edited by Y. K. Yap, K. Hata, A. Loiseau (Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 1024, Warrendale, PA 2010) ページ: 1204-K18-02
  • DOI: 10.1557/PROC-1204-K18-02
• [雑誌論文] Constant-Pressure Molecular-Dynamics Study of Carbon Nanotubes and Electronic Structure of New Phases (2010)
  • 著者名/発表者名: M. Sakurai and S. Saito
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 49 ページ: 02BB05-1-5
  • DOI: DOI:10.1143/JJAP.49.02BB05
• [雑誌論文] Pressure-induced Structural Phase Transition of Carbon Nanotubes into New Nanostructured Carbon Solids (2010)
  • 著者名/発表者名: M. Sakurai and S. Saito
  • 雑誌名: in Nanotubes and Related Nanostructures -2009 edited by Y. K. Yap, K. Hata, A. Loiseau (Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 1024, Warrendale, PA, 2010) ページ: 1204-K05-24
  • DOI: 10.1557/PROC-1204-K05-24
• [雑誌論文] Experimentally Determined Redox Potentials of Individual (n,m) Single-Walled Carbon Nanotubes (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Tanaka, Y. Hirana, Y. Niidome, K. Kato, S. Saito and N. Nakashima
  • 雑誌名: Angewandte Chemie 巻: 121 ページ: 7791-7795
  • DOI: DOI:10.1002/ange.200902468
• [雑誌論文] Polymerized sp^2-sp^3 hybrid metallic phase of C_<60> as obtained via constant-pressure molecular dynamics (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamagami and S. Saito
  • 雑誌名: Phys. Rev. 巻: B 79 ページ: 045425-1-045425-7
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevB.79.045425
• [雑誌論文] Electronic structures and three-dimensional effects of boron-doped carbon nanotubes (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Koretsune and S. Saito
  • 雑誌名: Sci. Technol. Adv. Mater. 巻: 9 ページ: 044203-1-044203-4
  • DOI: DOI:10.1088/1468-6996/9/4/044203
• [雑誌論文] Unifying Chemical Bonding Models for Boranes (2008)
  • 著者名/発表者名: M.-H. Du, S. Saito, and S. B. Zhang
  • 雑誌名: in Nuclear Radiation Detection Materials, edited by A. Burger, L. Franks, D. L. Perry, M. Schieber (Mater. Res. Soc. Symp. Proc. Volume 1038, Warrendale, PA, (2008) ページ: 1038-O05-07
  • DOI: 10.1557/PROC-1038-O05-07
• [雑誌論文] A new crystalline phase of four-fold coordinated silicon and germanium (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Fujimoto, T. Koretsune, S. Saito, T. Miyake and A. Oshiyama
  • 雑誌名: New Journal of Physics 巻: 10 ページ: 083001-1-083001-8
  • DOI: DOI:10.1088/1367-2630/10/8/083001
• [雑誌論文] Quantum Theories for Carbon Nanotubes (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Saito
  • 雑誌名: Carbon Nanotubes: Quantum Cylinders of Graphene, edited by S. Saito and A. Zettl (Elsevier, Amsterdam, 2008) ページ: 29
  • DOI: 10.1016/S1572-0934(08)00002-4
• [雑誌論文] Superconductivity in Thin Films of Boron-Doped Carbon Nanotubes (2008)
  • 著者名/発表者名: N. Murata, J. Haruyama, J. Reppert, A.M. Rao, T. Koretsune, S. Saito, M. Matsudaira and Y. Yagi
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 101 ページ: 027002-1-027002-4
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevLett.101.027002
• [雑誌論文] Electronic structure of boron-doped carbon nanotube (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Koretsune and S. Saito
  • 雑誌名: Physical Review 巻: B 77 ページ: 165417-1-165417-5
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevB.77.165417
• [雑誌論文] Theory of the electronic structure of alternating MgB_2 and graphene layered structures (2008)
  • 著者名/発表者名: P. Zhang, S. Saito, S. G. Louie, and M. L. Cohen
  • 雑誌名: Physical Review 巻: B 77 ページ: 052501-1-052501-4
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevB.77.052501
• [雑誌論文] Geometries, stabilities, and reactions of carbon clusters: Towards a microscopic theory of fullerene formation (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Ueno and S. Saito
  • 雑誌名: Physical Review 巻: B 77 ページ: 085403-1-085403-11
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevB.77.085403
• [雑誌論文] Reactivities of C_<60> and C_<70> (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Ueno and S. Saito
  • 雑誌名: Physica 巻: E 40 ページ: 285-288
  • DOI: 10.1016/j.physe.2007.06.030
• [雑誌論文] Energetics, Electronic Properties, and Geometries of B-Doped Diamond: A First-Principles Study (2007)
  • 著者名/発表者名: S. Saito, T. Maeda, and T. Miyake
  • 雑誌名: in "Diamond Electronics - Fundamentals to Applications", edited by P. Bergonzo, R. Gat, R. B. Jackman, and C. E. Nebel (Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 956, Warrendale, PA, 2007) 巻: J14-03
  • DOI: 10.1557/PROC-0956-J14-03
• [雑誌論文] Electronic Structure and Energetics of MgB2 Nanotube (2007)
  • 著者名/発表者名: S. Saito, S. G. Louie, and M. L. Cohen
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 76 ページ: 043707-1-043707-4
  • DOI: DOI:10.1143/JPSJ.76.043707
• [雑誌論文] Site selectivities of alkali ions in CsRb2C60 and Cs2RbC60 superconductors (2007)
  • 著者名/発表者名: S. Saito, S. G. Louie, and M. L. Cohen
  • 雑誌名: Solid State Commun. 巻: 142 ページ: 186-189
  • DOI: 10.1016/j.ssc.2007.02.012
• [学会発表] Growth from carbon clusters to fullerenes and nanotubes: A molecular-dynamics study (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Saito
  • 学会等名: First International Workshop on Computer Simulations of Thermally Excited Molecules and Materials by First Principles
  • 発表場所: Nagoya
  • 年月日: 2012-03-10
• [学会発表] Energetics and Electronic Properties of Carbon Nanotubes and Carbon Nanostructures (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Saito
  • 学会等名: Workshop on Carbon Nanotube in Commemoration of the 20th Anniversary of its Discovery
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 2011-12-13
• [学会発表] Electronic Properties and Materials Design of Graphene and Nanotube-Based Systems (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Saito
  • 学会等名: A3 Symposium of Emerging Materials: Nanomaterials for energy and environments
  • 発表場所: Urumqi, China
  • 年月日: 2011-10-14
• [学会発表] A hiral and achiral carbon nanotubes: A helical-symmetry density-functional study (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Saito
  • 学会等名: YIPQS Long-term Workshop (DCEN2011): Dynamics and Correlations in Exotic Nuclei
  • 発表場所: Kyoto
  • 年月日: 2011-09-26
• [学会発表] Pressure-Induced Structural Phase Transitions of Fullerenes and Nanotubes: A Constant Pressure Molecular-Dynamics Study (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Saito
  • 学会等名: Study of Matter at Extreme Conitions 2011
  • 発表場所: Miami
  • 年月日: 2011-04-01
• [学会発表] Energetics and Electronic Properties of Carbon and Boron-Nitride Nanostructures (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Saito
  • 学会等名: International Symposium "Nanoscience and Quantum Physics 2011"
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 2011-01-27
• [学会発表] グラフェンの電子物性と半導体化 (2010)
  • 著者名/発表者名: 斎藤晋
  • 学会等名: 第24回ダイヤモンドシンポジウム
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2010-11-18
• [学会発表] Electronic States, Energetics, and Structural Phase Transformation of Nanostructured Carbon Materials and Compounds (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Saito
  • 学会等名: International Workshop on Elements Strategy and Technology for Materials Innovation (ESTMI 2010)
  • 発表場所: Yokohama
  • 年月日: 2010-11-12
• [学会発表] Band-gap engineering of carbon nanotubes and Nanostructured graphene semiconductors (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Saito
  • 学会等名: First A3 (China, Japan, and Korea) Symposium on Emergin Materials: Nancarbons and Nanowires for Energy
  • 発表場所: Chonju, Korea
  • 年月日: 2010-11-08
• [学会発表] Electronic Structures of Boron- or Nitrogen-doped Carbon Nanotubes (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Koretsune and S. Saito
  • 学会等名: International Conference on Superconductivity and Magnetism (ICSM2010)
  • 発表場所: Antalya, Turkey
  • 年月日: 2010-04-25
• [学会発表] Detailed and Systematic Study of Geometries, Energetics, and Electronic Properties of Thin Carbon Nanotubes (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Saito
  • 学会等名: 6th Korea-Japan Symposium on Carbon Nanotube
  • 発表場所: Ginowan
  • 年月日: 2009-10-25
• [学会発表] Abundance of C60 revisited: A microscopic formation process of fullerenes (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Saito
  • 学会等名: CREST International Symposium on Theory and Simulations of Complex Molecular Systems
  • 発表場所: Kyoto
  • 年月日: 2009-07-19
• [学会発表] Nanostructured Carbon as a Superatom: From High-Tc Superconductor to Carbon Nanoelectronics (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Saito
  • 学会等名: 3rd International Conference on Science and Technology for Advanced Ceramics (STAC3)
  • 発表場所: Yokohama
  • 年月日: 2009-06-17
• [学会発表] Electronic and Geometrical Properties of Carbon Nanotubes: A First- Principles Study (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Saito
  • 学会等名: Joint session of the 3rd Workshop on Nanotube Optics and Nanospectrocopy (WONTON'09) and International Symposium on Carbon Nanotube Nanoelectronics (CNTNE 2009)
  • 発表場所: Matsushima
  • 年月日: 2009-06-10
• [学会発表] Energetics and Electronic Properties of Doped Carbon Nanotubes (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Saito
  • 学会等名: CECAM/Psi-k Workshop on Computational Studies of Defects in Nanoscale Carbon Materials
  • 発表場所: Lausanne
  • 年月日: 2009-05-11
• [学会発表] Quasipartile States in Nanostructured Materials (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Saito
  • 学会等名: Frontiers in Condensed Matter Physics and Nanoscience: A Symposium in Honor of the 60th Birthday of Steven G., Louie
  • 発表場所: Berkeley
  • 年月日: 2009-03-22
• [学会発表] Electronic properties of pristine and doped carbon nanotubes (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Saito
  • 学会等名: International Winterschool on Electronic Properties of Novel Materials: Molecular Nanostructures
  • 発表場所: Kirchberg, Austria
  • 年月日: 2009-03-08
• [学会発表] Impurity States in Semiconductor Carbon Nanotubes (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Saito
  • 学会等名: 5th Japan Korea Symposium on Carbon Nanotube
  • 発表場所: Busan
  • 年月日: 2008-11-10
• [学会発表] デバイス応用に向けたナノチューブと関連物質の電子構造予測 (2008)
  • 著者名/発表者名: 斎藤晋
  • 学会等名: 応用物理学会2008年秋の学術講演会シンポジウム「カーボンナノチューブナノエレクトロニクス」
  • 発表場所: 中部大学(春日井市)
  • 年月日: 2008-09-02
• [学会発表] Electronic Structure and Structural Phase Transformation of Nanostructured Materials (2007)
  • 著者名/発表者名: S. Saito
  • 学会等名: Yukawa International Seminar 2007
  • 発表場所: Kyoto
  • 年月日: 2007-11-12
• [学会発表] Predicting and DesigningNew Nanotube-Based Materials (2007)
  • 著者名/発表者名: S. Saito
  • 学会等名: 4th Japan Korea Symposium on Carbon Nanotube
  • 発表場所: Kyoto
  • 年月日: 2007-10-29
• [図書] Carbon Nanotubes: Quantum Cylinders of Graphene (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Saito and A. Zettl
  • 総ページ数: 215
  • 出版者: Elsevier