カーボンナノチューブにおける電子相関効果の理論的研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13740220
• 研究種目: 奨励研究(A)
• 研究機関: 奈良女子大学
• 研究代表者: 吉岡 英生 奈良女子大学, 理学部, 助教授 (40252225)
• キーワード: カーボンナノチューブ / 電子相関 / 一次元電子系 / 有機導体 / 朝永-ラティンジャー液体 / 電荷秩序 / 核スピン緩和時間

研究概要

本年度はカーボンナノチューブや有機導体を対象にして以下のような一次元電子系の研究を行なった。
○カーボンナノチューブ
金属カーボンナノチューブでは、通常の三次元金属とは異なり、朝永-ラティンジャー液体状態と呼ばれる新奇な電子状態が実現していることが理論的に示され、実験的にもそれを支持する結果が得られている。この新奇な電子状態に着目し、朝永-ラティンジャー液体理論に基づいて、金属カーボンナノチューブの核スピン緩和時間T_1の温度T依存性について研究を行なった。通常の金属では、(T_1T)^<-1>は温度に依らず一定であるが、カーボンナノチューブでは、電子相関効果のために、巾乗則に従う温度依存性(温度の減少に伴って増加)を示すことを見出した。この巾は電子間相互作用の大きさに依存する。さらに、この研究を多層カーボンナノチューブの場合に拡張し、多層カーボンナノチューブ中に含まれる金属カーボンナノチューブの増加に伴って上記の振るまいが弱められることを示した。
○一次元有機導体
有機導体(TMTSF)_2X及び(TMTTF)_2Xは1/4充填一次元電子系であるが、二量体化が存在するため、有効的に1/2充填一次元電子系と見なすこともできる。この系の基底状態に関して知見を得るため、二量体化、格子内斥力U、最近接格子間斥力Vを持つ1/4充填一次元電子系の研究を行なった。この模型には1/4充填一次元電子系に特有な電荷秩序を引き起こす整合性エネルギーと1/2充填一次元電子系に現れる電荷を一様にする整合性エネルギーの二種類の整合性エネルギーが存在する。これらを取り扱うためボソン化法にくりこみ群を援用し、以下のような相図を得た。この系の基底状態は絶縁体であるが、Vを増加させていくと、電荷、一様な状態から、電荷が一サイトおきに多い、少ないの分布を示す電荷秩序状態へ移り変わる。その二つの相の境界では電荷ギャップが消失する。さらに、この系での整合-不整合転移について研究を行なった。

研究成果

• [文献書誌] H.Yoshioka: "Two kinds of metallic states in carbon nanotubes --Differences in transport properties --"Journal of Physics and Chemistry of Solids. 62. 413-417 (2001)
• [文献書誌] H.Yosioka, M.Tsuchiizu, Y.Suzumura: "Commensurability in one-dimensional electron systems at quarter-filling"Journal of Physics and Chemistry of Solids. 62. 419-422 (2001)
• [文献書誌] H.Yoshioka, M.Tsuchiizu, Y.Suzumura: "Effects of Next-Nearest-Neighbor Repulsion on One-Dimensional Quarter-Filled Electron Systems"Journal of the Physical Society of Japan. 70. 762-773 (2001)
• [文献書誌] M.Tsuchiizu, H.Yoshioka, Y.Suzumura: "Crossover from Quarter-Filling to Half-Filling in a One-Dimensional Electron System with a Dimerized and Quarter-Filled Band"Journal of the Physical Society of Japan. 70. 1460-1463 (2001)
• [文献書誌] H.Yoshioka: "NMR relaxation rate in metallic carbon nanotunes"Journal of Physics and Chemistry of Solids. (印刷中).
• [文献書誌] H.Yosioka, M.Tsuchiizu, Y.Suzumura: "Commensurate-incommensurate transition in a one-dimensional dimerized electron system close to quarter-filling"Synthetic Metals. (印刷中).