Structure evolution and corresponding electrical properties in weakly bound Co-C60 mixture

弱結合コバルトフラーレン混合物質における構造形成と電気伝導特性

境 誠司; 楢本 洋; Xu, Y.; Priyanto, T. H.; Lavrentiev, V.; 鳴海 一雅

Sakai, Seiji; Naramoto, Hiroshi; Xu, Y.; Priyanto, T. H.; Lavrentiev, V.; Narumi, Kazumasa

真空同時蒸着法によりCoとCの混合物質薄膜を作製して、Co濃度の関数として微視的構造変化と電気的特性を評価した。Coも濃度としては、CoxC (x: C分子当のコバルト原子数)の形で、x=0.5-700の範囲で制御した。混合による薄膜の体積膨張とC分子振動のラマンモードの低波数側へのシフト量をCo濃度を制御して評価することにより、混合物質の構成要素としては、CにCo原子が配位したCよりなる基相と析出したCo超粒子であることを示した。さらに詳細な解析から、C基相中ではCo原子からCに1個の電子供与が生じ、x=4でこの現象は飽和することを見いだした。また混合物質の電気伝導特性は、Co濃度に依存した、異なった伝導特性を示した。すなわち低濃度から順に、x4では、C基相に由来すると考えられる半導体的温度依存性を示すこと、4x60では孤立Co粒子が関与するバリアブルレンジホッピング機構が支配的であること、さらにx60の高濃度では、Co粒子間にパーコレーション経路が形成されることによる金属伝導機構が作用していることなどを明らかにした。

Mixture films between cobalt and C (CoxC, x = 0.5-700) were prepared by co-evaporation technique under UHV conditions. The composition-dependent features of dilatation and downshift of Raman peak suggest that the mixtures are composed of cobalt particles and a C-based phase in which certain number of cobalt atoms are coordinated with C molecules. It is deduced that the equilibrated number of cobalt atoms in the C-based phase is 4 atoms per C molecule and in which an electron transfer occurs from a cobalt atom to a C molecule. The evaluation of their temperature dependences reveals that: (1) The mixtures with x 4 are thermally activated-type, and their conductive nature can be attributed to the C-based phase. Further (2) the mixtures between 4 x 60 are also thermally activated, however, the electron hopping process between the isolated cobalt particles is supposed to be operative (variable-range-hopping). And (3) in the mixtures with x 60 which corresponds to a percolation threshold for cobalt particles, the system changes into metallic conduction.