研究系及び研究施設の現状 189
久保園 芳 博（助手）
A -1)専門領域：物性物理化学
A -2)研究課題：
a) 金属内包フラーレン固体の構造・物性 b)フラーレン薄膜の物性とデバイス展開
c) ナノメータスケールでのフラーレンの物性とナノデバイスへの展開
A -3)研究活動の概略と主な成果
a) D y@ C82およびC e@ C82の異性体Iの精製・分離試料を得て，その結晶性固体を使ったＸ線粉末回折から，10–423 Kま での広い温度領域と，1から70 kbarまでの圧力下での構造を調べた。R ietveld解析の結果，常温では両結晶ともにPa3 –
の空間群をもつ単純立方構造をとり，C2v構造のM@C82(M: Ce および Dy)が C2軸を結晶の[111]に向けて3 –
を満たす ようにdisorderした構造をとっていることがわかった。また，150 K 付近に3
–
を満たすdisorderの凍結に起因すると考 えられる構造相転移が存在することが示唆された。これらの結果は，すべてPhysical Review B に掲載ないし投稿さ れた。
b)C60，C70および D y@ C82薄膜を用いた電界効果トランジスター（F E T ）デバイスを作製し，F E T 動作特性を調べた。こ れらは，すべて正のゲート電圧印加において F E T 動作するn-channel FET であり，C60と C70はエンハンスメント型， D y@ C82はdepletion型として動作することがわかった。実現した移動度（µ）はC60薄膜F E T で，0.14 cm2V–1s–1であり， 有機薄膜 F E T としては極めて高い。また，C60および C70薄膜 F E T のµの温度依存性から，これらはすべてホッピング 型輸送機構に基づく伝導特性を示すことがわかった。なお，C60はn型半導体であることから，F E T 動作には多数キャ リアが寄与していることになり，蓄積型のチャンネル形成が行われているものと示唆される。さらに，C60F E T のµの ガス曝露効果や膜厚依存性を調べるとともに，C60薄膜F E T を用いた論理回路を作製した。また，M@C82の薄膜の電 気抵抗率測定により，三価金属を内包したM@C82が基本的に小さなギャップを有する半導体であることを見いだ した。これらの結果は，Physical Review B に投稿された。
c) Si(111)-7×7表面上に蒸着された単分子のDy@C82および数モノレイヤーの D y@ C82の配列構造の観察を常温と 130 K において行い，D y@ C82の分子サイズ，Si(111)-7×7表面上での吸着サイトの特定および分子間の距離に関する情報 を得た。また，S T S からギャップが0.1–0.2 eV程度であることが示唆されたが，これは薄膜の電気抵抗率から示唆さ れた結果と同じである。この結果はPhysical Review B に投稿予定である。
B -1) 学術論文
Y. TAKABAYASHI, Y. KUBOZONO, T. KANBARA, S. FUJIKI, K. SHIBATA, Y. HARUYAMA, T. HOSOKAWA, Y. RIKIISHI and S. KASHINO, “Pressure and Temperature Dependences of Structural Properties of Dy@C82 Isomer I,” Phys. Rev. B 65, 73405-1–73405-4 (2002).
H. ISHIDA, T. NAKAI, N. KUMAGAE, Y. KUBOZONO and S. KASHINO, “Crystal Structure and Phase Transition in Tert-butylammonium Tetrafluoroborate Studied by Single Crystal X-Ray Diffraction,” J. Mol. Struct. 606, 273–280 (2002).
190 研究系及び研究施設の現状
K. ISHII, A. FUJIWARA, H. SUEMATSU and Y. KUBOZONO, “Ferromagnetism and Giant Magnetoresistance in the Rare-earth Fullerides Eu6–xSrxC60,” Phys. Rev. B 65, 134431-1–134431-6 (2002).
D. H. CHI, Y. IWASA, X. H. CHEN, T. TAKENOBU, T. ITO, T. MITANI, E. NISHIBORI, M. TAKATA, M. SAKATA and Y. KUBOZONO, “Bridging Fullerenes with Metals,” Chem. Phys. Lett. 359, 177–183 (2002).
S. FUJIKI, Y. KUBOZONO, M. KOBAYASHI, T. KAMBE, Y. RIKIISHI, S. KASHINO, K. ISHII, H. SUEMATSU and A. FUJIWARA, “Structure and Physical Properties of Cs3+αC60 (α = 0.0–1.0) under Ambient and High Pressures,” Phys. Rev. B 65, 235425-1–235425-7 (2002).
Y. MARUYAMA, S. MOTOHASHI, N. SAKAI, K. WATANABE, K. SUZUKI, H. OGATA and Y. KUBOZONO, “Possible Competition of Superconductivity and Ferromagnetism in CexC60 Compounds,” Solid State Commun. 123, 229–233 (2002).
B -2) 国際会議のプロシーディングス
Y. NAGAO, R. IKEDA, S. KANDA, Y. KUBOZONO and H. KITAGAWA, “Complex-Plane Impedance Study on a Hydrogen- Doped Copper Coordination Polymer: N,N’-bis-(2-hydroxy-ethyl)-dithiooxamidato-copper(II),” Mol. Cryst. Liq. Cryst. 379, 89–94 (2002).
B -3) 総説、著書
Y. KUBOZONO, “Encapsulation of atom into C60 cage,” in “Endofullerenes: A new family of carbon clusters,” T. Akasaka and S. Nagase, Eds., Kluwer academic publishes b. v., Chap. 12 (2002).
久保園芳博 , 「フラーレンをベースにした高機能複合材料の設計」, 「特集 フラーレン科学の新展開」, 化学工業 53, 13– 17 (2002).
C ) 研究活動の課題と展望
金属内包フラーレン固体の構造・物性研究のアクティビティーを上げるために，HPL CによりM@C82やM@C60の分離精製を 精力的に行うとともに，その結晶性固体を得て放射光を使った粉末Ｘ線回折および X A F S の研究を進めています。また，金 属内包フラーレン薄膜を使った電気抵抗率測定や光電子分光による電子構造の研究も進めています。これらの研究は，分 子研滞在２年間の研究で順調に立ち上がっています。また，フラーレン薄膜を用いたF E T 研究についても結果が出始めて いますが，次の研究ステップに向けて準備を進めています。ナノメータスケールでのフラーレンの物理に関する研究は，結果 がやっと出始めたところですが，得られた成果をベースにナノデバイスに向けた研究を進めていくつもりです。
