ポテンシャル変数の決定とカーボンナノチューブの成長機構のシミュレーション

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12740167
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: ESFARJANI Keivan 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (10250820)
• キーワード: カーボンナノチューブ / 分子動力学 / フラーレン / 機械的特性 / 第一原理計算 / 相互作用パラメーター / 大規模系 / 衝突

研究概要

我々の目的はカーボンナノチューブの性質を分子動力学法を用いて研究することである。
炭素-炭素間の共有結合を記述するためにブレナーポテンシャルを用いた。更に、異種分子の炭素原子同士のファンデルワールス相互作用を再現するためにレナード・ジョーンズポテンシャルを加えた。これらのポテンシャルを用いてフラーレンの単層カーボンナノチューブへの侵入過程を調べた。その結果、いくつかのフラーレンはナノチューブの開口端から直接侵入することが分かった。ナノチューブの中ではフラーレンの動きはチューブ壁との相互作用によって抑制される。
また、ナノチューブの外側に付着するフラーレンもあり、それらはチューブ壁表面をすべり、開口端に到着するとチューブ内に侵入する。これらの結果は最近の実験における発見と一致している。研究結果はフラーレンシンポジウム、鎌倉でのISNM2001国際シンポジウム、およびMRS-Jシンポジウムのクラスターセッションにおいて報告された。我々は既に、同様の方法によってカーボンナノホーンとカーボンオニオンのエネルギー及び電子的性質も計算したことも報告している。また、タイトバインディング法によって、磁性原子をドープしたナノチューブジャンクションの電子輸送性質も研究した。将来的には、C60を内包したナノチューブの結合エネルギーをより正確に計算すること、及びナノチューブ内の磁性遷移金属元素の影響を第一原理と交換層間ポテンシャルの密度勾配近似(GGA)の両方を用いて研究することが必要である。

研究成果

• [文献書誌] T.Ishii,K.Esfarjani,Y.Hashi,Y.Kawazoe and S.Iijima: "Analysis of C60 insertion into single wall Carbon Nanotube by Molecular Dynamics Simulation"To appear in Proceedings of MRS-J. (2001)
• [文献書誌] K.Esfarjani,A.A.Farajian,F.Ebrahimi and Y.Kawazoe: "Transport properties of nanotube-based transistors"To appear in ISSPIC10 Conference Proceedings, European Physical Journal D. (2001)
• [文献書誌] K.Esfarjani,A.A.Farajian,Y.Hashi and Y.Kawazoe: "Rotational symmetry selection rule and doping in nanotube transistors"To appear in Proceedings of MRS-J. (2001)
• [文献書誌] K.Esfarjani,A.A.Farajian,Y.Hashi and Y.Kawazoe: "Review article to appear in"Clusters"Springer-Verlag, Germany"Electronic, transport and mechanical properties of carbon nanotubes. (2001)