カーボンチューブ及び高次フラーレンの電子物性

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05233214
• 研究機関: 電気通信大学
• 研究代表者: 齋藤 理一郎 電気通信大学, 電気通信学部, 助教授 (00178518)
• キーワード: カーボンチューブ / フラーレン / C_<60> / 電子状態 / 構造相転移 / 同位体効果

研究概要

平成5年度は以下の研究実積を得た。
1.カーボンチューブの軸方向の結晶構造を並進群によって完全に分類した。この分類をもとに、電子状態を任意の構造で計算できる方法を開発し、金属的性質を持つバンドの特徴がわかった。
2.また、C_<60>分子(図2)に電子を付与した、負イオン状態の電子状態の計算を、半経験的分子軌道法を計算を用いて行なった。構造最適化、多重項の計算結果から、光吸収にみられる大きな構造緩和の起源、また基底状態におけるスピン状態を説明した。
3.C_<60>固体中では261Kの温度で、固体中で分子の回転に起因した相転移現象がおこる。我々は、C_<60>固体に見られる相転移現象に関してモデルを提唱し、2つの臨界点での比熱の飛び、エンタルピーの変化を定量的に説明した。
4.C_<60>には、2つの同位体^<13>Cと^<12>Cがあり、前者は核スピンがあるが、後者にはない。1種類の同位体で作られるC_<60>の振動回転状態は、粒子の対称性によって運動に禁止則が生じることを理論的に予測し、低温での回転比熱の異常性を計算によって示した。
本研究に関連して、C_<60>にアルカリ金属をドープした物質にみられる超伝導現象についての、総合解説(Review article)をDresselhaus教授と共同で発表した。

研究成果

• [文献書誌] R.Saito: "Electronic structure and growth mechanism of carbon tube" Material Science and Engineering. B19. 185-191 (1993)
• [文献書誌] R.Saito: "Electronic structure of double-layer graphene tubule" J.Appl.Phys.73. 494-500 (1993)
• [文献書誌] R.Saito: "Multiplet structures of C_<60> ions" Chem.Phys.Lett.210. 159-164 (1993)
• [文献書誌] R.Saito: "Thermodynamic model of ordering transition in solid C_<60>" Phys.Rev.B49. 2143-2147 (1994)
• [文献書誌] M.S.Dresselhaus: "Group theoretical concept for C_<60> and other fullerenes" Material Science and Engineering. B19. 122-128 (1993)
• [文献書誌] M.S.Dresselhaus: "Group theoretical concept for carbon nahotubes" Fullerenes. (to be publised).
• [文献書誌] M.S.Dresselhaus: "Physical Properties of High Temperature Superconductors IV(印刷中,部分)" World Scientific Publishing Co,Singapore, 85