フラーレン系有機固体材料の電子物性とその電子状態に関する理論的研究

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本研究では、フラーレン系有機固体材料において電子物性が発現する際の電子状態を量子化学的手法を用いて理論的に求め、その結果に基づいてその電子状態を解析・検討し、その電子物性を予測・評価した。ここでは、特に、筒型構造を有するカーボンナノチューブに注目し、その金属的な電子物性に発現について詳細に検討を行った。まず、σ電子軌道を考慮しながら、ナノチューブにおける最安定化骨格構造を半経験的分子軌道計算により求めた。その計算結果より、2次元グラファイトと同様、最安定化構造においては通常の1次元物質とは異なりかなり弱いが、結合交替は存在し、しかも、その電子物性は金属的であることを指摘した。次に、パイエルス転移温度すなわち金属-絶縁体転移温度を電子-フォノン相互作用を考慮して理論的に見積り、転移温度は9.1K、また、OKでパイエルスギャップを1.26x10^<-3>eVと評価した。この転移温度は、ナノチューブの半径が大きくなるに伴い低下し、2次元グラファイトに類似した電子物性を示すことも指摘した。さらに、その超伝導転移温度も電子-フォノン相互作用を考慮して理論的に見積り、1.5x10^<-4>Kと評価した。この結果より、ナノチューブにおいては、電子-フォノン相互作用により誘起される超伝導は、かなり不利であることを理論的に示唆した。以上の研究を通して、本研究では、金属的な電子物性を示すカーボンナノチューブは、1次元物質であるにもかかわらず、2次元グラファイト的な電子状態および電子物性を示すということを理論的に明らかにした。