グラファイト微結晶での新機能探索

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直径が1nm程度のグラファイト微結晶は、表面に存在する炭素原子数とシグマ骨格中の炭素原子数が同程度であり、反応性に富む。この大きさのナノグラファイト構造は、固体や分子に見られない新しい量子効果を伴う未知の物性が可能であることが知られている。グラファイト微結晶にアクセプター型の不純物であるFをドープした系の電子状態の計算をMopac93及びGaussian94(半経験的及び非経験的分子軌道計算ライブラリ)を用いて行なった。計算では、炭素原子数24個のクラスターにFを付けて構造最適化をおこない電子状態を求めた。アクセプター型の不純物であるFをドープした系の最適構造は、既に報告したドナー型のLi黒鉛層間化合物と異なる結果が得られた。即ちドナー型の黒鉛層間化合物の場合には、6員環の中心の上方にアルカリ金属が存在するのであるが、Fの場合には炭素原子の真上に存在し、炭素原子はsp^3混成軌道の成分を持つ。このために、シグマ骨格が非常に大きな変形を受ける。これに対応してグラファイトのπ電子系が大きな影響を受ける。これが実験で観測されるスピン帯磁率のF濃度依存性の起源であると考えている。