フッ素を含む新規グラファイト層間化合物の合成、物性と機能発現のメカニズム

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1.新規化合物の合成。これまでの研究によって新しく見い出された二つの作製プロセスを用いることにより、ホストグラファイトの結晶構造や電子構造が広範囲に制御(高電導体〜半導体〜絶縁体)された一連の物質群CxF、CxMFyを合成した。これらの化合物のうち、CxMFy(MFy=SnF_4、CrF_4CrF_3)については、単結晶X線構造解析とEXAFSによる結晶構造、磁化率とMossbauerスペクトルによって観測された面内二次元相転移を明らかにし、反射率測定とBlinowski-Rigauxモデルによる電荷移動量を評価した。2.CxFのabー軸、cー軸方向の電導度の温変化と残留抵抗。C_6Fのabー軸、cー軸方向の比抵抗ρab、ρcの温度依存性を1.2Kまで測定した。ρcは170K度近に極大値を示し、これより低温側では金属的挙動、高温では半導体的挙動を示す。ρabは全温度範囲にわたって金属的挙動を示す。液体ヘリウム温度での残留抵抗比はρab(4.2K)/ρab(298K)=0.81であり、abー面内伝導に大きな不純物散乱の寄与があることが分かった。3.CxFの磁気抵抗と電子構造、モンゴメリー法を用いて、19Tまでの高磁場下でのC_6Fのρabの磁場依存性を4.2Kまで測定した。この結果から求めたhall mobilityはμ_H【similar or equal】260cm^2V^<-1>S^<-1>であり、キャリアー数はn=1.24×10^<20>cm^<-3>であった。すなわち、C_6Fではグラファイトのπバンドからアクセプターであるフッ素への電荷移動により、πバンドに多くの正孔を生じ、この正孔が伝導キャリアーとなって高電導性を発現することが明らかにされた。キャリアー数からグラファイトからの電荷移動量fc(Cx^<+fc>F^<-fc>)を評価した結果、fc=0.0028となり、電荷移動量はあまり大きくない。フェルミエネルギーは△E_F=0.34eVであった。