新規原子配列調和物質のナノ構造決定と高次物性発現機構解明

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13450271
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 奥 健夫 大阪大学, 産業科学研究所, 助教授 (30221849)
• 研究分担者: 井上 雅博 大阪大学, 産業科学研究所, 助手 (60291449) ; 菅沼 克昭 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (10154444)
• キーワード: 原子配列 / ナノ構造 / フラーレン / 高分解能電子顕微鏡 / 構造解析 / 高次物性 / 分子軌道計算 / クラスター

研究概要

本研究では、高分解能電子顕微鏡、理論計算による構造最適化、HREMシミュレーションの結合により、アーク溶解法による新規La@(BN)_<36>メタロフラーレンの創成を示唆した。このLa@B_<36>N_<36>クラスターに加えて、Re@B_<36>N_<36>クラスターも既に報告している。これらのさまざまな元素内包BNクラスターについて、第一原理計算(DV-Xα)Fにより電子状態計算を行った結果、Fe、La等の元素を内包することによってクラスターサイズ及びB-N結合距離が大きくなり、エネルギーギャップE_g=0.0958eV、0.025eVとB_<36>N_<36>クラスターの約5eVと比較して非常に小さい値を有することが明らかとなった。これらのメタロフラーレンの大きな問題は単離であり、単離されたメタロフラーレンであれば質量分析等の解析が可能となるが、単離できない場合、HREMによる検出が一つの有力な方法となるであろう。今後C系メタロフラーレンとの組み合わせにより、大きな展開が期待される。
B_<12>系クラスター固体は、新規半導体・軟X線モノクロメータ及び熱伝材料として注目されている。YB_<56>はB_<156>及びB_<80>クラスターの中にY-holeが存在する構造を有するが、そのY原子位置を極微細領域(14nm×14nm)から得られたHREMおよびナノ電子電子回折パターンのデータから、正確に決定することが示された。決定されたYB_<56>のY原子間距離結晶は0.2740nm(誤差0.88%)であり、HREM像のみから決定された0.2171nm(誤差20.1%)と比較して非常に高精度でY原子位置を決定することができた。この手法は、ナノ領域の位相情報と回折強度を結合させることにより、Y原子位置を誤差範囲1%以下(0.0024nm)という高精度で決定することが可能であることを示しており、高精度での原子位置を決定法として今後の発展が期待される。

研究成果

• [文献書誌] T.Oku, K.Suganuma: "High-resolution electron microscopy and structural optimization of C_<36>, B_<36>N_<36> and Fe@B_<36>N_<36> clusters"Diamond and Related Mater.. 10. 1205-1209 (2001)
• [文献書誌] T.Oku, H.Kitahara, M.Kuno, I.Narita, K.Suganuma: "Synthesis, atomic structures and arrangement of carbon and boron nitride nanocage materials"Scripta Mater.. 44. 1557-1560 (2001)
• [文献書誌] M.Kuno, T.Oku, K.Suganuma: "Synthesis of boron nitride nanotubes and nanocapsules with LaB_6"Diamond and Related Mater.. 10. 1231-1234 (2001)
• [文献書誌] M.Kuno, T.Oku, K.Suganuma: "Encapsulation of cobalt oxide nanoparticles and Ar in Boron nitride nanocapsules"Scripta Mater.. 44. 1583-1586 (2001)
• [文献書誌] H.Kitahara, T.Oku, T.Hirano, K.Suganuma: "Synthesis and characterization of cobalt nanoparticles encapsulated in boron nitride nanocages"Diamond and Related Mater.. 10. 1210-1213 (2001)
• [文献書誌] H.Kitahara, T.Oku, K.Suganuma: "Atomic structure and stability of elliptical onion"Eur. Phys. J. D. 16. 361-363 (2001)
• [文献書誌] I.Narita, T.Oku, K.Suganuma, K.Hiraga, E.Aoyagi: "Formation and atomic structure of tetrahedral carbon onion"J. Mater. Chem.. 11. 1761-1762 (2001)
• [文献書誌] T.Oku: "Direct analysis of atomic structures of advanced ceramics by high-resolution electron microscopy"J. Ceram. Soc.. 109. S17-S24 (2001)
• [文献書誌] T.Oku, J.-O.Bovin, I.Higashi, T.Tanaka, Y.Ishizawa: "Atomic structures of YB_<56> studied by digital high-resolution electron microscopy and electron diffraction"J. Mater. Res.. 16. 101-107 (2001)
• [文献書誌] T.Oku, K.Hiraga: "Atomic Structures and stability of hexagonal BN, diamond and Au multiply-twinned nanoparticles with fivefold symmetry"Diamond and Related Mater.. 10. 1398-1403 (2001)
• [文献書誌] 奥 健夫: "高分解能電子顕微鏡による原子直視とATOMATERIAL PROJECT"Boundary. Vol.17, No.6. 22-33 (2001)
• [文献書誌] 奥 健夫, 久野 昌樹, 成田 一人, 菅沼 克昭: "-未知のオングストローム空間-新規BN/C系フラーレンケージ物質の原子配列と元素内包"Boundary. Vol.17, No.7. 12-25 (2001)
• [文献書誌] 北原 秀彦, 奥 健夫, 菅沼 克昭: "ナノカプセルで次世代コンピューター"Boundary. Vol.17, No.7. 26-29 (2001)
• [文献書誌] T.Oku: "Atomic structure analysis of advanced ceramic materials by high-resolution electron microscopy"Recent Research Developments in Materials Science 2(Research Signpost, Edited by S. G. Pandalai). 2. 115-134 (2001)
• [文献書誌] 奥 健夫: "ナノ構造解析-高分解能電子顕微鏡でみる原子の世界"三恵社. 96 (2001)