2.2 プログラムについて
3.1.1 ユニットセル内に格子欠陥 1 個が存在するチューブ
最初に格子欠陥がユニットセル内に1個存在するカーボンナノチューブのラマンス ペクトルを示す。それぞれ比較しやすいように欠陥が存在するもの、しないものを上 下2段にして表示している。左が計算したチューブ、右がラマンスペクトルのグラフ となっている。グラフは縦軸にラマン強度を任意目盛りで、横軸に波数をとっている。
尚、縦軸のみ対数表示となっている。
隣接するユニットセルを考える際、格子欠陥の第四近接内に存在する原子が、隣り のセルの格子欠陥の第四近接内の原子と重複する場合と、しない場合のチューブに別 けて結果を示す。
次ページより、まず欠陥同士の第四近接内の原子が重複しない長さのユニットセル を持つチューブのラマンスペクトルを金属的性質、半導体的性質を持ったチューブの 順番で示す。グラフを見ると欠陥が存在するものは、しないものと比べて現れている ラマンスペクトルの本数が明らかに多くなっている。これは、欠陥によりチューブの 構造の対称性が崩れてしまっている為である。ここで示しているチューブはどれも原 子数が多いので計算しているフォノン数も多くなっている。その中でもラマン活性に なっているところが多くなっていることが分かる。
以下、金属的性質を持つカーボンナノチューブのラマンスペクトルを示す。
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
(8,5)チューブ 原子数172(上)欠陥のないもの(下)格子欠陥が1個あるもの
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
(9,6)チューブ (上)欠陥のないもの(下)格子欠陥が1個あるもの
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
(10,7)チューブ (上)欠陥のないもの(下)格子欠陥が1個あるもの
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
(11,2)チューブ (上)欠陥のないもの(下)格子欠陥が1個あるもの
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
(11,5)チューブ (上)欠陥のないもの(下)格子欠陥が1個あるもの
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
(11,8)チューブ (上)欠陥のないもの(下)格子欠陥が1個あるもの
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
(12,9)チューブ (上)欠陥のないもの(下)格子欠陥が1個あるもの
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
(13,4)チューブ (上)欠陥のないもの(下)格子欠陥が1個あるもの
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
(13,7)チューブ (上)欠陥のないもの(下)格子欠陥が1個あるもの
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
(15,3)チューブ (上)欠陥のないもの(下)格子欠陥が1個あるもの
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
(18,3)チューブ (上)欠陥のないもの(下)格子欠陥が1個あるもの
以上、格子欠陥が1個存在する金属的性質を持ったナノチューブのラマンスペクト ルの計算結果である。今回の研究の目的であるDバンドについては、現れるチューブ、
現れないチューブがあった。カイラルベクトルが(8,5)、(9,6)、(11,2)のチューブで
Dバンドと考えられるスペクトルが現れている。
次ぺージより半導体的性質を持ったナノチューブのラマンスペクトルを示す。
以下、半導体的性質を持つカーボンナノチューブのラマンスペクトルを示す。
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
(9,5)チューブ (上)欠陥のないもの(下)格子欠陥が1個あるもの
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
(9,8)チューブ (上)欠陥のないもの(下)格子欠陥が1個あるもの
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
(10,3)チューブ (上)欠陥のないもの(下)格子欠陥が1個あるもの
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
(10,9)チューブ (上)欠陥のないもの(下)格子欠陥が1個あるもの
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
(15,2)チューブ (上)欠陥のないもの(下)格子欠陥が1個あるもの
以上、格子欠陥が1個存在する半導体的性質を持ったナノチューブのラマンスペク トルの計算結果である。今回の研究の目的であるDバンドは、全てのチューブで現れ なかった。ここで示した5種類のチューブはユニットセル内に炭素原子が 500個以上 存在する大きなユニットセルを持つチューブである。その為、格子欠陥 1個ではラマ ンスペクトルの数は増えるが欠陥付近で起こる分子の振動が与える影響が少なかった と考えられる。よって欠陥の数を増やして計算してみる必要がある。
次ぺージより隣接するユニットセルを考える際、格子欠陥の第四近接内に存在する 原子が、隣りのセルの格子欠陥の第四近接内の原子と重複する場合のチューブのラマ ンスペクトルを金属的性質、半導体的性質を持ったチューブの順番で示す。
以下、金属的性質を持つカーボンナノチューブのラマンスペクトルを示す。ここで 示しているチューブは、欠陥同士の第四近接内の原子が重複しているものである。
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
(6,6)チューブ (上)欠陥のないもの(下)格子欠陥が1個あるもの
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
(10,10)チューブ (上)欠陥のないもの(下)格子欠陥が1個あるもの
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
(17,0)チューブ (上)欠陥のないもの(下)格子欠陥が1個あるもの
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
(8,2)チューブ (上)欠陥のないもの(下)格子欠陥が1個あるもの
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
(10,4)チューブ (上)欠陥のないもの(下)格子欠陥が1個あるもの
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
(12,3)チューブ (上)欠陥のないもの(下)格子欠陥が1個あるもの
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
(12,6)チューブ (上)欠陥のないもの(下)格子欠陥が1個あるもの
以上、格子欠陥が1個存在する金属的性質を持ったナノチューブのラマンスペクト ルの計算結果である。ここで示した全てのチューブは、欠陥が存在することによって
Dバンドと考えられるラマンスペクトルが現れている。
尚、最初の ２つのデータ(6,6)、(10,10)のチューブに関しては、前章でも述べた様 に、現実的でないチューブを計算していることになる。
次ぺージに半導体的性質を持ったナノチューブのラマンスペクトルを示す。
以下、半導体的性質を持つカーボンナノチューブのラマンスペクトルを示す。
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
(10,5)チューブ (上)欠陥のないもの(下)格子欠陥が1個あるもの
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
0.0 400.0 800.0 1200.01600.02000.0 Raman Shift[cm -1 ]
10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0
Raman Intensity
(12,4)チューブ (上)欠陥のないもの(下)格子欠陥が1個あるもの
全ページに示したように半導体的性質を持つチューブの場合でもユニットセルが小 さな場合はDバンドと考えられるスペクトルが現れている。
以上の結果よりユニットセル内に格子欠陥が1個存在するチューブの場合、ユニッ トセルが小さいものの方がDバンドが良く現れていると言える。また、ユニットセル が大きいものを考えたとき、半導体チューブよりも金属チューブの方がDバンドは現 れている。