カーボンナノクラスターのドーピングによる新素材開発の基礎研究

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(1)フラーレン構造をもつ最少単位として注目されている炭素クラスターC_<20>のさまざまな異性体の安定性と構造を系統的に理論計算で明らかにすることにより、最近の実験で提案されているC_<20>フラーレンの存在を確認した。(2)フラーレンの骨格炭素を同族のケイ素で置換した球状クラスターには、高周期元素特有の新規な電子特性が期待されている。しかし、ケイ素は炭素と異なりsp^2混成を非常に嫌うので、どのような遷移金属をドープすると、どのサイズのケイ素クラスターまで球状のカゴ構造が安定化されるかを系統的に明らかにした。(3)遷移金属を内部ドープしたケイ素クラスターとゲルマニウムクラスターの構造と電子特性の類似点と相違点を理論計算により明らかにした。(4)炭素ナノチューブの内部空間をC_<60>フラーレンやC_<20>フラーレンでドープしたときのバンド構造の特徴と伝導性を明らかにした。また、フラーレンを内包できる炭素ナノチューブの最少半径を明らかにした。(5)現在、フラーレンの1次元ポリマーと今属内包フラーレンでドープされた炭素ナノチューブの構造と電子特性を解明中である。