Metal－Semiconductor転移によるカーボンナノチューブ電子構造制御

単層カーボンナノチューブ(Single-Walled Carbon Nanotube:SWNT)の電子準位(酸化電位、還元電位、フェルミ準位)は、ナノチューブの特性を理解するうえで非常に重要である。これまで、各カイラリティの特性を正確に網羅的に調べる方法は、報告されていなかった。これまでにSWNTのPhotoluminescence(PL)を用いた分光電気化学法を開発し、各カイラリティの電子準位を網羅的に決定できることを示している。しかし、これまでの実測範囲は、直径(d)=0.75～1.10nmの範囲に留まっていた。今回、細いSWNTにPL分光電気化学測定法を適用し、その電子準位を実験的に決定した。新たに決定したカイラリティとこれまでに求めたカイラリティの電子準位を合わせて、合計18のカイラリティの電子準位の実験データが得られた』この実験データを元に、SWNTの直径および、カイラルアングルを考慮し、SWNTの電子準位を経験的に予測できる数式を立てた。この経験式により、酸化電位と還元電位の直径依存性に見られるカイラリティファミリーパターンが異なることが明らかになった。還元電位では、mod(カイラル指数(n,m)の2n+mの値を3で割ったときの余り)の値によるファミリーパターン(mod依存性)とカイラルアングル依存性が顕著に見られたのに対し、酸化電位ではほとんど見られなかった。この傾向の違いは、フェルミ準位とバンドギャップのカイラルアングル依存性、mod依存性により説明できる。これらの結果は、カーボンナノチューブの酸化還元特性に関する重要な知見であり、グラフェンなどのナノカーボンの物性の理解にもつながると考えられる。

単層カーボンナノチューブ(Single-Walled Carbon Nanotube:SWNT)の電子準位(酸化電位、還元電位、フェルミ準位)は、ナノチューブの特性を理解するうえで非常に重要である。これまで、各カイラリティの特性を正確に網羅的に調べる方法は、報告されていなかった。これまでにSWNTのPhotoluminescence(PL)を用いた分光電気化学法を開発し、各カイラリティの電子準位を網羅的に決定できることを示している。しかし、これまでの実測範囲は、直径(d)=0.75～1.10nmの範囲に留まっていた。今回、細いSWNTにPL分光電気化学測定法を適用し、その電子準位を実験的に決定した。新たに決定したカイラリティとこれまでに求めたカイラリティの電子準位を合わせて、合計18のカイラリティの電子準位の実験データが得られた』この実験データを元に、SWNTの直径および、カイラルアングルを考慮し、SWNTの電子準位を経験的に予測できる数式を立てた。この経験式により、酸化電位と還元電位の直径依存性に見られるカイラリティファミリーパターンが異なることが明らかになった。還元電位では、mod(カイラル指数(n,m)の2n+mの値を3で割ったときの余り)の値によるファミリーパターン(mod依存性)とカイラルアングル依存性が顕著に見られたのに対し、酸化電位ではほとんど見られなかった。この傾向の違いは、フェルミ準位とバンドギャップのカイラルアングル依存性、mod依存性により説明できる。これらの結果は、カーボンナノチューブの酸化還元特性に関する重要な知見であり、グラフェンなどのナノカーボンの物性の理解にもつながると考えられる。