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The Electronic structures of fullerene/transition-metal hybrid material

フラーレン/遷移金属混合材料の電子状態

松本 吉弘; 境 誠司; 楢本 洋*; 平尾 法恵*; 馬場 祐治 ; 島田 敏宏*; 菅井 勇; 高梨 弘毅; 前田 佳均

Matsumoto, Yoshihiro; Sakai, Seiji; Naramoto, Hiroshi*; Hirao, Norie*; Baba, Yuji; Shimada, Toshihiro*; Sugai, Isamu; Takanashi, Koki; Maeda, Yoshihito

近年、C$$_{60}$$-Co化合物中にCoナノ粒子が分散したC$$_{60}$$/Co混合材料において、非常に大きな磁気抵抗効果(MR=80%)が発現することを確認した。このような巨大な磁気抵抗効果の発現は、Coナノ粒子間のトンネル伝導のみでは十分に説明することができず、C$$_{60}$$-Co化合物やその界面が物性発現に大きく関与しているのではないかと推測される。以上の点から、本研究ではC$$_{60}$$/Co混合分子の電子状態を得ることを目的とした。結果として、純粋なC$$_{60}$$とは異なる吸収スペクトルがC$$_{60}$$Co混合分子において得られた。特に、$$pi$$$$^*$$(LUMO)$$leftarrow$$C1s励起では顕著な強度の減衰が観測された。また、光電子スペクトルからはC1sピークがわずかに低結合エネルギー側にシフトしていることも観測された。これらの結果は、Coの3d電子がC$$_{60}$$$$pi$$$$^*$$軌道へ遷移することで、C$$_{60}$$-Co化合物に新たな電子状態が形成されたことを意味する。実際に、フェルミ準位近傍に混成軌道形成に対応する状態が観測されていることも、前述の結果と矛盾しない。

Recently, we have found the appearance of substantial MR ratio (80%) in a C$$_{60}$$/Co hybrid material. Such the MR ratio cannot be explained enough only by tunnel conduction through Co grains. Therefore, to obtain information about electronic structures of C$$_{60}$$/Co hybrid material is necessary. Absorption spectra of C$$_{60}$$Co are different from that of pristine C$$_{60}$$. In particular, peak intensity corresponding to $$pi$$ $$^*$$(LUMO) $$leftarrow$$ C 1s excitation of C$$_{60}$$Co is clearly attenuated. In addition, C 1s photoelectron peak of C$$_{60}$$Co slightly shifted to lower binding energy compared to that of pristine C$$_{60}$$. These results indicate that 3d electron of Co transfers to $$pi$$ $$^*$$ orbital of C$$_{60}$$ and new electronic states are formed in the C$$_{60}$$-Co compound. In fact, XPS spectra of valence excitation region also demonstrate the formation of hybrid orbital near the Fermi level due to the coupling of C$$_{60}$$ and Co.

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