新たな曲面量子物性学理の基盤構築

2009 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21200032
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 尾上 順 東京工業大学, 東京工業大学・原子炉工学研究所, 准教授 (50241245)
• 研究分担者: 島 弘幸 北海道大学, 工学(系)研究科, 助教 (40312392)
• キーワード: 1次元金属ピーナッツ型ナノカーボン / リーマン曲面(ガウス曲率) / 曲面量子系 / 電子構造 / パイエルス転移 / 光学物性 / 電子輸送特性 / フォノン物性

研究概要

正負のガウス曲率が交互周期的に並んだ1次元金属ピーナッツ型ナノカーボンの低温での電子構造を調べた結果、1次元金属の電子挙動であるTomonaga-Luttinger液体挙動を再現性良く観測することができ、そのベキ乗指数として約0.6になることがわかった。単層金属ナノチューブのベキ乗指数0.5に対して若干であるが大きくなる原因が、正負のガウス曲率(リーマン曲面)によって誘起される電気的ポテンシャルによることを理論的に初めて明らかにした。また、1次元ピーナッツ型凹凸周期構造以外に1次元ダンベル型周期構造についても理論的に検討した結果、ベキ乗指数が単層ナノチューブと比較して大きくなる結果が得られ、接合の矩形は指数に対してそれほど大きな影響を及ぼさないこともわかった。
1次元金属ピーナッツ型ナノカーボンの接合構造を高分解能赤外振動分光と第一原理計算の解析により、一般化Stone-Wales転移で予想されるC_<120>構造異性体のうち、P8と呼ばれる異性体がもつピーナッツ型接合構造に良く似た接合構造をしていることを明らかにした。
曲面量子系のシュレデインガー方程式から予想されている現象の1つに低温における電子散乱の増大化がある。この理論予想を実験的に検証するために、作製した1次元金属ナノカーボンを大気に曝すことなくその場で電子輸送特性の温度依存性を測定できる装置を製作した。これを用いて、H22年度に低温での電子輸送特性を調べて、電子散乱の増大に伴う抵抗増大の有無を明らかにする。

研究成果

• [雑誌論文] Torsion-induced persistent current in a twisted quantum ring (2010)
  • 著者名/発表者名: 平久夫, 島弘幸
  • 雑誌名: Journal of Physics : Condensed Matter 22 ページ: 075301_1-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Core-tube morphology of multiwall carbon nanotubes (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Sato, H.Shima, K.Iiboshi
  • 雑誌名: International Journal of Modern Physics B 24 ページ: 288-294
  • 査読あり
• [雑誌論文] Curvature effects on collective excitations in dumbbell-shaped hollow nanotubes (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Shima, H.Yoshioka, J.Onoe
  • 雑誌名: Physica B 42 ページ: 1151-1154
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low-temperature resistivity anomalies in periodic curved surfaces (2010)
  • 著者名/発表者名: 小野類太, 島弘幸
  • 雑誌名: Physics B 42 ページ: 1224-1227
  • 査読あり
• [雑誌論文] One-dimensional metallic peanut-shaped nanocarbon with positive and negative Gaussian curvatures : Toward a new science of quantum electronic systems on Riemannian surfaces (2010)
  • 著者名/発表者名: J.Onoe, T.Ito, S.Kimura, H.Shima, Y.Toda, H.Yoshioka
  • 雑誌名: Fullerene, Nanotubes, and Carbon Nanostructures 18(掲載决定)
  • 査読あり
• [雑誌論文] エキゾチックナノカーボン:新たなリーマン曲面量子系への展開 (2010)
  • 著者名/発表者名: 尾上順
  • 雑誌名: 電気学会光・量子デバイス研究会資料 ページ: OQD-10-001
• [雑誌論文] エキゾチックナノカーボン:新たな曲面量子物性科学への展開 (2010)
  • 著者名/発表者名: 尾上順
  • 雑誌名: TELECOM Frontier(SCAT Technical Journal) 66 ページ: 16-32
• [雑誌論文] Femtosecond carrier dynamics in quasi-one-dimensional topological compounds (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.Toda, K.Shimatake, S.Tanda, J.Onoe
  • 雑誌名: Proceedings of SPIE 7214 ページ: 72141G
  • 査読あり
• [雑誌論文] One-dimensional metallic peanut-shaped nanocarbon with positive and negative Gaussian curvatures : Toward a new science of quantum electronic systems on Riemannian surface (2009)
  • 著者名/発表者名: 尾上順
  • 雑誌名: 表面科学(Journal of The Surface Science Society of Japan) 30 ページ: 659-666
  • 査読あり
• [雑誌論文] Geometry-driven shift in the Tomonaga-Luttinger exponent of deformed cylinders (2009)
  • 著者名/発表者名: H.Shima, H.Yoshioka, J.Onoe
  • 雑誌名: Physical Review B 79 ページ: 201401_1-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tuning the electrical resistivity of semiconductor thin films by nanoscale corrugation (2009)
  • 著者名/発表者名: 小野類太, 島弘幸
  • 雑誌名: Physical Review B 79 ページ: 235407_1-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Curvature-induced frustration in the XY model on hyperbolic surfaces (2009)
  • 著者名/発表者名: S.K.Baek, H.Shima, B.J.Kim
  • 雑誌名: Physical Review E 79 ページ: 060106_1-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Finite size effects in infinitely large electronic systems with correlated disorders (2009)
  • 著者名/発表者名: S.Nishino, K.Yakubo, H.Shima
  • 雑誌名: Physical Review B 79 ページ: 033105_1-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Survival of short-range order in the Ising model on negatively curved surfaces (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.Sakaniwa, H.Shima
  • 雑誌名: Physical Review E 80 ページ: 021103_1-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phase transition of q-state clock models on heptagonal lattices (2009)
  • 著者名/発表者名: S.K.Baek, P.Minnhagen, H.Shima, B.J.Kim
  • 雑誌名: Physical Review E 80 ページ: 011133_1-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] 曲面量子系の基礎と物質科学への適用 (2009)
  • 著者名/発表者名: 島弘幸、小野類太、平久夫
  • 雑誌名: 表面科学 30 ページ: 652-658
  • 査読あり
• [学会発表] 1次元金属ピーナッツ型フラーレンポリマーの低温 in situ 赤外分光(B講演採択) (2010)
  • 著者名/発表者名: 高嶋明人、戸田泰則、尾上順
  • 学会等名: 第90回日本化学会春季年会
  • 発表場所: 大阪、日本
  • 年月日: 20100326-20100329
• [学会発表] 一次元ピーナッツ型C_<60>ポリマーのフォノン分散関係 (2010)
  • 著者名/発表者名: 小野頌太、島弘幸
  • 学会等名: 日本物理学会第65回年次大会
  • 発表場所: 岡山、日本
  • 年月日: 20100320-20100323
• [学会発表] Structural properties of an electron-beam irradiated C_<60> film studied by vibrational spectroscopy and density-functional calculations (2010)
  • 著者名/発表者名: 高嶋明人, 西井俊明, 尾上順
  • 学会等名: 4th Asian Consortium on Computational Materials Science-Virtual Organization
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 20100112-20100114
• [学会発表] 曲面型ナノ構造のフォノン分散における幾何形状効果 (2010)
  • 著者名/発表者名: 小野頌太、島弘幸
  • 学会等名: 第8回HSSワークショップ・第1回GFRG研究会ワークショップ合同会議
  • 発表場所: 札幌、日本
  • 年月日: 2010-03-11
• [学会発表] 光・電子励起による低次元エキゾチックナノカーボンの創成 (2010)
  • 著者名/発表者名: 尾上順
  • 学会等名: 電気学会光・量子デバイス研究会「先端量子ビームとナノ応用」
  • 発表場所: 東京、日本
  • 年月日: 2010-02-15
• [学会発表] 電子線照射フラーレン膜のその場赤外分光と密度汎関数法の研究(selected paper) (2009)
  • 著者名/発表者名: 高嶋明人、西井俊明、尾上順
  • 学会等名: 第19回日本MRS学術シンポジウム
  • 発表場所: 横浜、日本
  • 年月日: 20091207-20091209
• [学会発表] Current-induced AB effect in a twisted quantum ring (2009)
  • 著者名/発表者名: 平久夫, 島弘幸
  • 学会等名: 50 years of the Aharonov-Bohm effect
  • 発表場所: Tel Aviv, Israel
  • 年月日: 20091011-20091014
• [学会発表] In situ photoelectron spectra of an electron-beam irradiated C_<60> film (2009)
  • 著者名/発表者名: 尾上順, 伊藤孝寛, 戸田泰則, 吉岡英生, 木村真一
  • 学会等名: 2nd UVSOR Workshop on Low-Energy Photoemission of Solids using Synchrotron Radiation(LEPES 09)[A Satellite Meeting of ICESS 11, Nara, Japan]
  • 発表場所: Okazaki, Japan
  • 年月日: 20091003-20091004
• [学会発表] 捩れ量子リングにおける特異AB振動とチャネル-位相相関 (2009)
  • 著者名/発表者名: 平久夫、島弘幸
  • 学会等名: 日本物理学会2009年秋季大会
  • 発表場所: 熊本、日本
  • 年月日: 20090925-20090928
• [学会発表] Electronic and optical properties of one-dimensional C_<60> polymer with positive and negative Gaussian curvatures : a new quantum system (2009)
  • 著者名/発表者名: 尾上順, 伊藤孝寛, 戸田泰則, 吉岡英生, 木村真一
  • 学会等名: 20th European Conference on Diamond, Diamond-Like Materials, Carbon Nanotubes, and Nitrides
  • 発表場所: Athens, Greece
  • 年月日: 20090906-20090910
• [学会発表] Curvature-Induced Resistivity Enhancement in Periodically curved Layers (2009)
  • 著者名/発表者名: 小野頌太, 島弘幸
  • 学会等名: 3rd International Workshop on Physics and Technology of Thin Films
  • 発表場所: Espoo, Finland
  • 年月日: 20090826-20090828
• [学会発表] 古くて新しいカーボン:新たな曲面量子系への展開 (2009)
  • 著者名/発表者名: 尾上順
  • 学会等名: 第22回DV-Xα研究会
  • 発表場所: 高松、日本
  • 年月日: 20090805-20090807
• [学会発表] Anomalous Electron Transport in Curved Nanostructures (2009)
  • 著者名/発表者名: 島弘幸
  • 学会等名: 第22回DV-Xα研究会
  • 発表場所: 高松、日本
  • 年月日: 20090805-20090807
• [学会発表] Tomonaga-Luttinger exponent of peanut-shaped hollow nanocylinders (2009)
  • 著者名/発表者名: 島弘幸, 吉岡英生, 尾上順
  • 学会等名: The 18th International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 年月日: 20090719-20090724
• [学会発表] One-dimensional metallic peanut--shaped nanocarbons with positive and negative Gaussian curvatures : Toward a new science of quantum electronic systems on curved surfaces (2009)
  • 著者名/発表者名: 尾上順
  • 学会等名: 9th Biennial International Workshop on Fullerenes and Atomic Clusters(IWFAC 2009)
  • 発表場所: St Petersburg, Russia
  • 年月日: 20090706-20090710
• [学会発表] One-dimensional peanut-shaped C_<60> polymer as a new quantum system(selected paper) (2009)
  • 著者名/発表者名: 尾上順, 伊藤孝寛, 戸田泰則, 吉岡英生, 木村真一
  • 学会等名: 5th International Conference on Diffusion in Solids and Liquids-Mass Transfer, Heat Transfer, Microstructure and Properties, Nanodiffusion and Nanostructured Materials
  • 発表場所: Rome, Italy
  • 年月日: 20090624-20090626
• [学会発表] Low-Temperature Resistivity of Periodic Curved Surfaces (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Ono and H. Shima
  • 学会等名: The 18th International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 年月日: 20090619-24
• [学会発表] 曲面量子系からみた1次元金属ピーナッツ型C_<60>ポリマー(selected paper) (2009)
  • 著者名/発表者名: 尾上順、伊藤孝寛、木村真一、島弘幸、吉岡英生、戸田泰則
  • 学会等名: ナノ学会第7回大会
  • 発表場所: 東京、日本
  • 年月日: 20090509-20090511
• [学会発表] 一般化 Stone-Wales 転移で得られるC_<120>異性体のエネルギーギャップにおける7/8員環の役割について (2009)
  • 著者名/発表者名: 高嶋明人、西井俊明、尾上順
  • 学会等名: ナノ学会第7回大会
  • 発表場所: 東京、日本
  • 年月日: 20090509-20090511
• [学会発表] Deformation Effects on Curved Liquid Crystal Membranes (2009)
  • 著者名/発表者名: 島弘幸
  • 学会等名: LaCaN Seminar Series
  • 発表場所: Universitat Politecnica de Catalunya, Spain
  • 年月日: 2009-12-14
• [学会発表] A new allotrope of pi-electron conjugated nanocarbons with positive and negative Gaussian curvatures (2009)
  • 著者名/発表者名: 尾上順
  • 学会等名: Invited Seminar of Institut de Physique et Chimie des Mate'riaux, UMR 7504 CNRS-Universite' Louis Pasteur
  • 発表場所: Strasbourg, France
  • 年月日: 2009-06-22
• [図書] Higher Mathematics for Physics and Engineering (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Shima, T.Nakayama
  • 総ページ数: 714
  • 出版者: Springer-Verlag
• [図書] トポロジーデザイニング:新しい幾何学からはじめる物質・材料設計 (2009)
  • 著者名/発表者名: 尾上順
  • 総ページ数: 433
  • 出版者: ブッカーズ出版