ナノ炭素磁性体の理論設計

2005 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 15310086
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: ナノ材料・ナノバイオサイエンス
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 草部 浩一 大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 助教授 (10262164)
• 研究分担者: 鈴木 直 大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 教授 (40029559) ; 常行 真司 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助教授 (90197749)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2005
• キーワード: グラファイト / ナノグラファイト / 分子磁性 / 平坦バンド強磁性 / ナノチューブ / 第一原理計算 / ハバード模型 / トランスコリレーティッド法

研究概要

1.水素終端型磁気的ナノグラファイトの設計:
ジグザグ端の一方を一水素化しもう一方を二水素化する、水素付加による磁気的ナノグラファイト・リボンの設計を行った。高スピン分子も設計し、磁気モーメント発生を電子状態計算により確認した。
2.水素終端型磁気的ナノチューブ・磁気的ナノホーンの設計:
水素付加の方法により、磁気的ナノチューブ・磁気的ナノホーンを設計した。細い有限長ナノチューブでの磁気モーメント発生は有限サイズ効果により小さな値になることを示した。
3.フッ素終端型ナノチューブの電子状態計算:
フッ素終端型磁気的平面状ナノグラファイトと異なり、有限半径・有限長のフッ素終端ナノチューブでは磁気モーメント発生が見出されないことを示した。
4.グラファイト・ダイヤモンドハイブリッド系における磁気的性質の予言:
グラファイト-ダイヤモンドハイブリッド構造を設計し、磁気偏極したナノワイヤーをダイヤモンド(100)表面上に形成できることを理論予測した。
5.アームチェア型・ナノグラファイトにおける欠陥誘起磁性:
安定したアームチェア型の端に欠陥を制御して導入することで、磁気的アームチェア型・ナノグラファイト・リボンを設計した。
6.水素終端ナノグラファイト素片におけるエッジ状態解析:
水素終端されたナノグラファイト素片においてSTM観測された状態がエッジ状態起源のものであることを、強結合模型による電子状態解析を用いて明らかにした。
7.強相関効果を取り込んだナノ炭素磁性体設計算手法の開発:
強相関効果を取り込んだ第一原理計算手法による磁気的ナノ炭素構造の理論設計のための、新しい第一原理計算手法として、局所揺らぎの同定から有効多電子模型を形成するという、密度行列汎関数理論によるナノ炭素構造の設計手法を構築した。

研究成果

• [雑誌論文] Edge state on hydrogen-terminated graphite edges investigated by scanning tunneling microscopy (2006)
  • 著者名/発表者名: Yousuke Kobayashi
  • 雑誌名: cond-mat ページ: 0602378
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Recent Development of Multireference Density Functional Theory (2006)
  • 著者名/発表者名: Shusuke Yamanaka
  • 雑誌名: Chemistry Letters 35 ページ: 242
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] The effects of encapsulated fullerene on dynamical properties of a peapod (2005)
  • 著者名/発表者名: Yuuki Ono
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 74 ページ: 626-630
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Observation of zigzag and armchair edges of graphite using scanning tunneling microscopy and spectroscopy (2005)
  • 著者名/発表者名: Yousuke Kobayashi
  • 雑誌名: Physical Review B 71 ページ: 193406-1-4
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Ab initio iterative CASCI-DFT approach (2005)
  • 著者名/発表者名: Shusuke Yamanaka
  • 雑誌名: CHIMIA 59 ページ: 420
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] A first-principles many-body calculation based on a new density-matrix functional theory (2005)
  • 著者名/発表者名: koichi Kusakabe
  • 雑誌名: CHIMIA 59 ページ: 422
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] A uniqueness theorem in a density-matrix functional theory (2005)
  • 著者名/発表者名: Koichi Kusakabe
  • 雑誌名: cond-mat ページ: 0505703
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] MCSCF-DFT based on an interacting reference system (2005)
  • 著者名/発表者名: Shusuke Yamanaka
  • 雑誌名: physics ページ: 0508121
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] A first-principles many-body calculation based on a new density-matrix functional theory (2005)
  • 著者名/発表者名: Koichi Kusakabe
  • 雑誌名: CHIMIA 59 ページ: 422
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Magnetic properties of nanographite with modified zigzag edges (2004)
  • 著者名/発表者名: M.Maruyama
  • 雑誌名: Journal of Physics and Chemistry of Solids 65 ページ: 119-122
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Theoretical prediction of synthesis methods to treate magnetic nanographite (2004)
  • 著者名/発表者名: M.Maruyama
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 73 ページ: 656-663
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Ground-state correlation energy for the homogeneous electron gas calculated by the transcorrelated method (2004)
  • 著者名/発表者名: N.Umezawa
  • 雑誌名: Physical Review B 69 ページ: 165102-1-6
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Indication of flat-band magnetism in theoretically designed nanographite with modified zigzag edges (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Kusakabe
  • 雑誌名: Journal of Magnetism and Magnetic Materials 272・2763 ページ: e737-e738
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] A new ferromagnetic material excluding transition metals : CaAs in a distorted zinc-blende structure (2004)
  • 著者名/発表者名: M.Geshi
  • 雑誌名: CP772,Physics of Semiconductors : 27^<th> International conference on the physics of semiconductors Part A ページ: 327
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] A graphite-diamond hybrid structure as a half-metallic nano wire (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Kusakabe
  • 雑誌名: CP772, Physics of Semiconductors : 27^<th> International conference on the physics of semiconductors Part B ページ: 1359
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] New Half-Metallic Materials with an Alkaline Earth Element (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Kusakabe
  • 雑誌名: J.Phvs.Condens.Matter 16 ページ: S5639-S5644
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Nanotube-based molecular magnets with spin-polarized edge states (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Higuchi
  • 雑誌名: Journal of Physics Condensed Matter 16 ページ: S5689-S5692
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] ナノグラファイトの磁性 (2004)
  • 著者名/発表者名: 草部 浩一
  • 雑誌名: 固体物理 39 ページ: 37-44
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] 第一原理計算によるカーボン系強磁性体のマテリアルデザイン (2004)
  • 著者名/発表者名: 草部浩一
  • 雑誌名: 固体物理 39 ページ: 867-874
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Theoretical prediction of synthesis methods to create magnetic nanographite (2004)
  • 著者名/発表者名: M.Maruyama
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 73 ページ: 656-663
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Indication of flat-band magnetism in theoretically designed nanographite with modified zigzag edges (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Kusakabe
  • 雑誌名: Journal of Magnetism and Magnetic Materials 272-276 ページ: e737-e738
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] A new ferromagnetic material excluding transition metals : CaAs in a distorted zinc-blende structure (2004)
  • 著者名/発表者名: M.Geshi
  • 雑誌名: CP772, Physics of Semiconductors : 27^<th> International conference on the physics of semiconductors Part A ページ: 327
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] New Half-Metallic Materials with an Alkaline Earth Element (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Kusakabe
  • 雑誌名: J.Phys.Condens. Matter 16 ページ: S5639-S5644
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Magnetism in Nano-Graphite (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Kusakabe
  • 雑誌名: Solid State Physics (in Japanese) 39 ページ: 37-44
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Materials Design of Carbon-based Magnets by the First-Principles Calculations (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Kusakabe
  • 雑誌名: Solid State Physics (in Japanese) 39 ページ: 867-874
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Transcorrelated method for electronic systems coupled with variational Monte Carlo calculation (2003)
  • 著者名/発表者名: N.Umezawa
  • 雑誌名: Journal of Chemical Physics 119 ページ: 10015-10031
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Theoretical study of vibrational normal modes of fullerene encapsulated nanotubes
  • 著者名/発表者名: Y.Ono
  • 雑誌名: Proceedings of 9APPC (Globe Publishing House, Viet nam) (印刷中)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Computational design of magnetic nanotubes and magnetic nanographite : Possible application for spintronics
  • 著者名/発表者名: K.Kusakabe
  • 雑誌名: Proceedings of 9APPC (Globe Publishing House, Viet nam) (印刷中)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] A first-principles calculational method for the magnetic impurity problem based on a density-matrix functional theory
  • 著者名/発表者名: K.Kusakabe
  • 雑誌名: Physica B (印刷中)(in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Modeling and Designing of Nano-Carbon Magnets by a New Density-Matrix Functional Theory
  • 著者名/発表者名: K.Kusakabe
  • 雑誌名: Proceedings of the symposium of #115 Area 8, in PACIFICHEM 2005, inpress. (印刷中)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] A New Framework of the Density Functional Theory
  • 著者名/発表者名: K.Kusakabe
  • 雑誌名: Proceedings of Condensed Matter Theories, CMT29 (印刷中)(in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Theoretical study of vibrational normal modes of fullerene encapsulated nanotubes
  • 著者名/発表者名: Y.Ono
  • 雑誌名: Proceedings of 9APPC (Globe Publishing House, Vietnam)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Computational design of magnetic nanotubes and magnetic nanographite : Possible application for spintronics
  • 著者名/発表者名: K.Kusakabe
  • 雑誌名: Proceedings of 9APPC (Globe Publishing House, Vietnam)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] A uniqueness theorem in a density-matrix functional theory
  • 著者名/発表者名: Koichi Kusakabe
  • 雑誌名: cond-mat ページ: 0505703
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] MCSCF-DFT based on an interacting reference system
  • 著者名/発表者名: Shusuke Yamanaka
  • 雑誌名: physics ページ: 0508121
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Edge state on hydrogen-terminated graphite edges investigated by scanning tunneling microscopy
  • 著者名/発表者名: Yousuke Kobayashi
  • 雑誌名: cond-mat ページ: 0602378
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] A first-principles calculational method for the magnetic impurity problem based on a density-matrix functional theory
  • 著者名/発表者名: K.Kusakabe
  • 雑誌名: Physica B (in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Modeling and Designing of Nano-Carbon Magnets by a New Density-Matrix Functional Theory
  • 著者名/発表者名: K.Kusakabe
  • 雑誌名: Proceedings of the symposium of #115 Area 8, in PACIFICHEM 2005 (in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] A New Framework of the Density Functional Theory
  • 著者名/発表者名: K.Kusakabe
  • 雑誌名: Proceedings of Condensed Matter Theories, CMT29 (in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [図書] Flat-band Ferromagnetism in Organic Crystals, Carbon-Based Magnetism (T.Makarowa, edts.) (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Kusakabe
  • 出版者: Elsevier
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [図書] 計算機マテリアルデザイン入門,「新しい密度汎関数法の基礎」 (2005)
  • 著者名/発表者名: 草部浩一
  • 総ページ数: 397
  • 出版者: 大阪大学出版会
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [図書] Flat-band Ferromagnetism in Organic Crystals, in "Carbon-Based Magnetism" (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Kusakabe
  • 総ページ数: 564
  • 出版者: Elsevier
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [図書] Basic theory of a new density matrix functional theory, Introduction to Computational Materials Design (H.Kasai, edts.) (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Kusakabe
  • 出版者: Osaka University Press
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [産業財産権] 磁化炭素ナノチューブおよび磁化ナノ炭素構造 (2003)
  • 発明者名: 草部浩一
  • 権利者名: 草部浩一
  • 公開番号: 特開2004-83296
  • 出願年月日: 2003-08-23
  • 取得年月日: 2004-03-18
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より