炭素・マイクロクラスターの電子状態・振動状態に関する第一原理的研究

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本年度は、フラーレンの作る分子性結晶の電子状計算を集中的に行った。用いた計算方法は、我々が独自開発した混合基底第一原理バンド計算法である。その結果、CuおよびSi基板上に2次元配列したC_<60>、C_<70>、およびそれらの混合物の電子状態は、本研究所の新素材開発施設の走査型トンネル顕微鏡(STM)で観測された基板およびSTMのバイアス電圧に依存する極めて不思議なパターンを再現することが分かった。また、これらの構造体がナノスケール材料としての可能性を持つことを示すことができた。C_<60>およびC_<70>の作るFCC型3次元結晶に対する精密計算も行い、従来11万個もの平面波を用いていた計算が、我々の方法では、実に数千個で十分であることが示された。さらに、分子性結晶中でのフラーレンの向きが結晶の電子状態を大きく変えることを見出した。今後は、実験で知られている255K以下でのSC型結晶構造に対する同様の計算を計画しているが、単位胞に最低4個のフラーレンを入れる必要があり、我々の方法をもってしても極めて大規模な計算となる。フラーレンの振動状態に対する分子動力学計算も継続的に行っているが、まだ十分な精度で振動数を見積もるまでには至っておらず、来年度以降の継続的研究テーマである。