カーボンナノチューブを基にしたナノ構造体の物性解明

阐明基于碳纳米管的纳米结构的物理性质

基本信息

批准号：
16740169
负责人：
大谷実
金额：
$ 2.3万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

フラーレン内包カーボンナノチューブ(ピーポッド)は内包するフラーレン種やその向きによって金属又は絶縁体的な電子状態を持つように制御可能である.従ってピーポッドは電子素子への応用が期待されている.しかし、内包種や向きを後から制御するのは容易でない.そこで,本研究では金属内包フラーレンに注目した.金属内包フラーレンは金属を内包している為に,外場(電場・磁場)によってフラーレンの向きを制御できる可能性がある.本年度は金属内包フラーレン(Ti_2C_2@C_<78>)の電子状態を詳細に調べた.その結果,Ti原子とフラーレンケージの炭素との間にイオン結合と共有結合の特徴を併せ持つ結合が存在する事が明らかにたった.この結合によりTi原子はケージに強く束縛されており,La内包フラーレンとは違い,金属原子はフラーレン内で回転しない.内包されたC_2分子は2つのTi原子の間で自由に回転している.金属原子がフラーレン内で自由に回転していない事から,このような系では金属に直接力を及ぼせばフラーレンはナノチューブ内で回転させる事が可能である.例えば,内包金属はイオン化している事から電場による制御が考えられる.金属内包フラーレンを内包したピーポッドの予備計算を行った.電子状態の解析を行うと内包金属のd電子が,距離が離れているにも関わらずナノチューブのπ電子と直接相互作用している事が分かった.従来のピーポッドにおけるナノチューブとフラーレンの相互作用はπ軌道間が主である.従って,金属内包フラーレンピーポッドにおいては従来とは異なる電子状態の変調が予想される.本研究プロジェクトは本年度で終了するが,本プロジェクト中に開発したナノ構造体に電場を印可するプログラムを用いて,今後もピーポッドの電子状態制御の可能性を探索する予定である.

含富勒烯的碳纳米管(豌豆荚)可根据其中所含的富勒烯种类及其取向来控制以具有金属或绝缘电子态，因此，期望将豌豆荚应用于电子器件中的种类并不容易控制。因此，在本研究中，我们重点关注金属富勒烯。由于金属富勒烯含有金属，富勒烯的取向可以通过外部场（电场和磁场）控制。今年，我们详细研究了内嵌金属富勒烯（Ti_2C_2@C_<78>）的电子态。结合特征，我们发现Ti原子与富勒烯笼的碳之间存在离子键和共价键。很明显，有一个键将Ti原子与笼结合在一起，并且与La封装的富勒烯不同，金属原子在富勒烯内不旋转。封装的C_2分子有两个Ti原子由于金属原子在富勒烯内不能自由旋转，因此在这样的系统中，可以通过向金属施加直接力来使富勒烯在纳米管内旋转。例如，由于内嵌金属被电离，因此可以对其进行控制。我们对含有内嵌金属富勒烯的豆荚进行了初步计算。当我们分析电子态时，我们发现尽管纳米管是内嵌金属，但d电子之间的距离很远。研究发现它们直接与π电子相互作用。传统豌豆中纳米管和富勒烯之间的相互作用主要是在π轨道之间。因此，在金属富勒烯豌豆中，电子态的调制与传统豌豆中不同。该项目将于今年结束，我们计划继续探索使用该项目期间开发的程序来控制豆荚电子状态的可能性，以将电场应用于纳米结构。