ナノグラファイトの端が担うメゾスコピックπ電子制御

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10309003
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 研究機関: 早稲田大学
• 研究代表者: 大島 忠平 早稲田大学, 理工学部, 教授 (10212333)
• 研究分担者: 中田 恭子 青山学院大学, 理工学部, 専任講師 (20272742) ; 榎 敏明 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (10113424) ; 中尾 憲治 筑波大学, 物質工学系, 教授 (30011597)
• キーワード: ナノグラファイト / グラファイトナノリボン / 端局在電子状態 / 端局在格子振動 / パイ電子 / 量子化バンド / スピングラス

研究概要

2種類のナノグラファイト結晶を作成し、以前に藤田等によって理論的に予想された端局在パイ電子バンドを検出した(大島・榎)。またこの端局在パイ電子状態の磁気特性、格子振動を理論的に調べ、端局在状態に特有な物性を見出し、さらに、この端局在状態のトポロジカル構造依存性や積層依存性を明らかにした(中尾・中田)。以下に、今年度の主な研究成果を列挙いたします。
(1) 幅0.8nmグラファイト・ナノリボンをCVD法で作成し、このリボンの量子化したパイ電子バンドとフェルミ準位近傍にフラットバンド(端局在電子状態)の存在を角度分解紫外線光電子スペクトルより確認した。
(2) ナノダイヤモンドの熱処理によって作成したナノグラファイトト及びナノグラファイト集合体の端局在状態の存在を、X-線、ラマン散乱、電顕、磁化率、ESRを使って確認した。また、ナノグラファイト集合体の端局在状態に帰属される電子スピンが低温でスピングラス状態を形成することを実験的に明らかにした。
(3) 端局在状態に起因した低温での強い常磁性を理論的に確認し、基底状態の端状態に起因するスピン揺らぎの効果を見出した。また、ナノグラファイトの格子振動の端局在振動モード出現の可能性を示した。
(4) 第一原理計算により、キノイド型の極限構造をもたないzigzagリボン(N=偶数)について最適化構造を得た。また、単層リボンで、構造や電子状態に対する強結合モデルでの描像が再現されることを確認した。さらに、グラファイトと同様なAB積層構造でも端局在状態が形成されることを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] M Terai, N Hawasegawa, M Okuzawa S.Otani and C.Oshima: "Electronic states of monolayer micrographite on TiC(410)surface" Applied Surfcae Science. 130-132. 876-882 (1998)
• [文献書誌] E.Rokuta, N.Yamamoto, Y.Hasegawa, M.Trenary, T.Nagao and S.Oshima: "Deformation of boron network at Lathanum boride(III)surface" Surface Science. 416. 363-370 (1998)
• [文献書誌] E.Rokuta, Y.Hasegawa, A.Itoh, K.Yamashita, T.Tanaka, S.Otani and C.Oshima: "Vibrational Spectra of h-BN and Graphite films on Facetted Ni(755)" Surface Science (in press). Xx. Xx-xx (1999)
• [文献書誌] K.Nagaoka, T.Yamashita, S.Uchiyama, M.Yamada, H.Fujii and C.Oshima: "Monopchromatic electron emission from the macrostopic quantum state" Nature. 396. 557-559 (1998)
• [文献書誌] K.Nagaoka, T.Yamashita, S.Uchiyama, M.Yamada, H.Fujii and C.Oshima: "Angular resolved emission spectra from Nb." Applied Surface Science. 130-132. 512-517 (1998)
• [文献書誌] C.Oshima, H.Fujii, T.Yamashita, S.Uchiyama, M.Yamada and K.Nagata: "Construction of a low-temperature gun and high-resolution emission spectra" Appled Surface Science(in press). 624. Xxx-xxx (1999)
• [文献書誌] O.E.Andersson, B.L.V.Prasad, H.Sato, T.Enoki, Y.Hishiyama, Y.Kaburagi, M.Yoshikawa, and S.Bandow,: "The Structure and Electronic Properties of Graphite Nano-Particles,," Phys.Rev. B58(24), 16.16387 (1998)
• [文献書誌] T.Yomashita, T.Enoki, T.Miyamae, and T.Miyazaki,: "The Contribution of Intercalate to the Electronic Structure and Transport Properties for Potassium-Oxygen-Graphite Intercalation Compounds" Mol.Cryst.Liq.Cryst,. 310. 243-248 (1998)
• [文献書誌] O.E.Andersson, H.Sato, T.Enoki, M.Suzuki, and I.Suzuki: "The C-Axis Magnetoresistance and Themoelectric Power of CuC12 Graphite Intercalation Compounds" Mol.Cryst.Liq.Cryst.310. 249-254 (1998)
• [文献書誌] Y.Shibayama, H.Sato, T.Enoki, M.Endo, and N.Shindo: "Magnetic Properties of Activated Carbon Fibers and Their Iodine-Doping Effect" Mol.Cryst.Liq.Cryst. 310. 273-278 (1998)
• [文献書誌] N.Kobayashi, T.Enoki, C.Ishii, K.Kaneko, and M.Endo.: "Gas Adsorption Effects on Structural and Electrical Properties of Activated Carbon Fibers," J.Chem.Phys.109.5. 1983-1990 (1998)
• [文献書誌] T.Enoki,: "Thermal and Mechanical Properties" “Functionality of Molecular Systems 1, From Molecules to Molecular Systemes", ed by S.Nagakura, Springer Verlag, Berlin, 1998. 225-240 (1998)
• [文献書誌] 榎 敏明: "新しく炭素材料実験を始める人のために-炭素材料の化学と電子スピン共鳴" 炭素. 181. 44-46 (1998)
• [文献書誌] 榎 敏明: "炭素同素体の電子物性と表面" ニューダイヤモンド. 50. 8-12 (1998)
• [文献書誌] Toshiaki Enoki,: "Novel Carbon-Based Host-Guest Systems," Supercarbon, Synhesis, Properties and Applications, ed.By S.Yoshimura, Springer Series of Materials Science. 33. 137-146 (1998)
• [文献書誌] K.Wakabayashi, M.Fujita K.usakabe and H.Ajiki: "Magnetic Field Effect on Graphite Ribbons" J.Mag.Mag Mat.177. 1485-1495 (1998)
• [文献書誌] K.Wakabayashi M.Sigrist and M.Fujita: "Spin Wave Mode of Edge-Localized Magnetic States in Nanographite Zigzag Ribbons" J.Phys.Soc.Jpn.167. 2089-2094 (1998)
• [文献書誌] K.Wakabayashi, M.Igami Y.Takagi, S.Okada, m.Fujita, K.Nakada and K.Kusakabe: "NOVEL ELECTRONIC PROPERTIES OF NANOGRAPHITE, HYPERGRAPHITE AND TOPOLOGICAL" Proceeding of 24th International Conference on Physics of Semiconductor, Jerusalem, Israel.Publishied from World Scientific Singapore. Aug. (1998)
• [文献書誌] K.Wakabayashi, M.Fujita, H.Ajiki and M.Sigrist.: "Electronic and Magnetic Properties of Nanographite Ribbons" “Phys.Rev.B.April. (1999)
• [文献書誌] M.Igami, M.Fujita, and S.Mizuno: "Edge Localized phonon in Nanogrephite Ribbons" Proceeding of Interntional Conference on Sience and Technology of Synthetic Metals, 1998 Montpellier, France.Synthetic Metals.July. (1999)
• [文献書誌] M.Igami, T.Nakanishi and T.Ando: "Conductance of Carbon Nanotubes with a Vacancy" J.Phys.Soc.Jpn.March. (1999)
• [文献書誌] Y.Takagi, M.Fujita, M.Igami, K.Wakabayashi and K.Nakada: "Electronic Structure and Surface Localized States of Hyper-Graphite Network" Proceeding of International Conference on Sience and Technology of Synthetic Metals, July.1998.Montpellier, France.Synthetic Metals. (1999)
• [文献書誌] K.Nakada, M.Igami and M.Fujita,: "Electron-Electron Interaction in Nanographite Ribbons" J.Phys.Soc.Jpn.vol.67 no.7 1998 pp.2388-2394. 167. 2388-2394 (1998)
• [文献書誌] Y.Miyamoto, K.Nakada and M.Fujita,: "First-principles study on edge state of H-terminated graphitic ribbons," Phys.Rev.B. 59. (1999)