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新たな一次元炭素結晶カーボライトは、これまでに知られているカルビンと同様に鎖の方向に長周期構造をもつことが実験的に明らかになっている。このことは炭素鎖がキンク構造を持つことを示唆しているが、現在までにキンクを持つ一次元炭素鎖の安定構造の存在は確認されていない。
本研究の目的は、長周期をもつ一次元炭素鎖の存在条件の調査と安定構造の探索、及び電子状態の特徴を明らかにすることである。本研究における第一原理構造最適化計算の結果からは、純一次元炭素鎖はキンクを持ち得ず、直鎖上の1周期のキュムレン或いは2周期のポリインのみが安定であることが分かった。また、炭素鎖同士が結合する場合も考慮すれば、長周期構造を持つ安定構造は可能であり、キンク状の構造を取ることも分かった。これより、カルビンやカーボライトは一次元炭素鎖のネットワーク構造を取っている可能性が挙げられる。この他の可能性として、カーボライトに多量に含まれている水素に着目して、水素が付加した炭素鎖の安定構造と電子状態を調べた。その結果、水素が付加した炭素位置にキンクが生じること、キンク間の炭素数が偶数の場合には安定な構造があり非磁性半導体となること、一方キンク間の炭素数が奇数の場合には安定性は低いが反強磁性的な状態を取る構造があることが分かった。これより、特にカーボライトは水素が付加した炭素鎖の集合体である可能性が大きい。これはカーボライトの密度がカルビンと比べて小さいことと符合する。
以上が本研究の成果であるが、カーボライトに関する実験的なデータが極端に不足しており、現在の段階ではカーボライトについての最終的な構造を明確にすることはできていない。今後の良質の結晶作成と構造解析が強く望まれる。
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