東北大、"つるつる"としたカーボンナノチューブの筒内平滑構造を解明

東北大学は5月27日、カーボンナノチューブにフラーレンが取り込まれた分子ピーポッドの固体状態の詳細な構造を解明したと発表した。

同成果は、同大・JST ERATO磯部縮退π集積プロジェクトの磯部寛之教授らによるもの。詳細は、「Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America(PNAS)」のオンライン版に掲載される。

筒状の分子内に球状の分子が、あたかも"さやえんどう"のような形で入った炭素性物質ピーポッドは、1998年に初めて発見されて以来、その独特の分子形状や特異な物性に興味をもたれて研究されてきたが、原子の配列まで含めた精密な分子構造はいまだ解明されていなかった。

研究グループでは、ごく最近、単純な構造をもつ分子ピーポッドを開発し、分子運動が活発な溶液状態で、中に取り込まれたフラーレンが、抜け出ることができないほど強固に捕捉されていること、またチューブ内部で回転していることを見出していた。さらに、今回の研究では、通常の分子ならば動きを止めてしまう固体状態であっても、分子ピーポッドの内部にあるフラーレンが"くるくる"と回転していること、分子構造を精密に解明できる高輝度X線回折による分析から、カーボンナノチューブ分子の筒の内部には極めて"つるつる(平滑)"な曲面が存在することを明らかにした。また、内部が"つるつる"であることが、内部のフラーレンが"くるくる”と回転するための重要な構造要素であることが分かった。今回の発見が、固体中でも滑らかに回転するナノサイズの機械(分子機械)の自在設計を可能とするために重要な基盤となる知見であるとコメントしている。