有機分子を用いた単層カーボンナノチューブの状態密度スイッチング

• Project/Area Number: 16681009
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Nanomaterials/Nanobioscience
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 竹延 大志 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (70343035)
• Project Period (FY): 2004 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥31,070,000 (Direct Cost: ¥23,900,000、Indirect Cost: ¥7,170,000); Fiscal Year 2005: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2004: ¥29,770,000 (Direct Cost: ¥22,900,000、Indirect Cost: ¥6,870,000)
• Keywords: カーボンナノチューブ / トランジスタ / ドーピング / 輸送特性 / 光学特性 / 電界効果トランジスタ

Research Abstract

本研究の目的は、カーボンナノチューブの低濃度な精密フィリング制御を行い新奇な電子状態およびデバイス特性を創製する事にある。有機分子を用いた化学的なドーピングや電界効果トランジスタ構造を用いると低濃度な精密フィリング制御が出来、一元特有のvan Hove特異点の状態密度の発散点にフェルミ面を設定する事が可能となる。この時、キャリア数は少数だが状態密度は理論的には無限大となりこれまでにない極めて異常な電子状態を創製できる。具体的には、以下の特性の発現を目標としている。
(1)状態密度発散点での伝導特性解明(2)薄膜トランジスタの状態密度スイッチング(3)孤立トランジスタの状態密度スイッチング
平成16年度は(1)と(2)を重点に研究を展開しており、平成17年度は(2)と(3)を重点的に研究を行った。(2)では、当初の目標であった薄膜トランジスタの有機分子を用いたフィリング制御に成功した。加えて、昨年度は物性に中心を置いていたが、今年度はデバイス特性の創成を目指した。具体的には、透明かつフレキシブルなデバイスの作製に成功し、基礎的研究だけでなく応用面においてのナノチューブの可能性を示すことに成功した。また、(3)では孤立トランジスタの作製及び有機分子を用いた連続的なキャリア数制御に世界で初めて成功した。ここでは、スイッチング電圧のドーピングによる制御に成功しており、フェルミエネルギー制御が非常に低濃度で行える事を直接的に示したことになる。これらの成果は、基礎研究及び応用研究の両側面において極めて重要な成果である。

Research Products

• [Journal Article] High-performance transparent flexible transistors using carbon nanotube films (2006)
  • Author(s): T.Takenobu
  • Journal Title: APPLIED PHYSICS LETTERS 88
• [Journal Article] Contact resistance modulation in carbon nanotube devices investigated by four-probe experiments (2006)
  • Author(s): T.Kanbara
  • Journal Title: APPLIED PHYSICS LETTERS 88
• [Journal Article] 有機分子を内包したナノチューブ (2006)
  • Author(s): 竹延大志
  • Journal Title: 固体物理 41 Pages: 53-60
• [Journal Article] Large optical nonlinearity of semiconducting single-walled carbon nanotubes under resonant excitations (2005)
  • Author(s): A.Maeda
  • Journal Title: PHYSICAL REVIEW LETTERS 94・4
• [Journal Article] Solution-processed fabrication of single-walled carbon nanotube field effect transistors (2005)
  • Author(s): M.Shiraishi
  • Journal Title: FULLERENES NANOTUBES AND CARBON NANOSTRUCTURES 13 Pages: 485-489
• [Journal Article] Spectroscopic characterization of single-walled carbon nanotubes carrier-doped by encapsulation of TCNQ (2005)
  • Author(s): M.Shiraishi
  • Journal Title: PHYSICAL REVIEW B 71・12
• [Journal Article] Pressure screening in the interior of primary shells in double-wall carbon nanotubes (2005)
  • Author(s): J.Arvanitidis
  • Journal Title: PHYSICAL REVIEW B 71・12
• [Journal Article] Control of injected carriers in tetracyano-p-quinodimethane encapsulated carbon nanotube transistors (2005)
  • Author(s): M.Shiraishi
  • Journal Title: APPLIED PHYSICS LETTERS 87・9
• [Journal Article] Control of carrier density by a solution method in carbon-nanotube devices (2005)
  • Author(s): T.Takenobu
  • Journal Title: ADVANCED MATERIALS 17・20 Pages: 2430-2433
• [Journal Article] Double-wall carbon nanotubes under pressure: Probing the response of individual tubes and their intratube correlation (2005)
  • Author(s): J.Arvanitidis
  • Journal Title: PHYSICAL REVIEW B 72・19
• [Journal Article] Nonlinear and ultrafast optical response in single-walled carbon nanotubes (2005)
  • Author(s): A.Maeda
  • Journal Title: JOURNAL OF PHYSICS : CONFERENCE SERIES 21 Pages: 177-182
• [Journal Article] Single-walled carbon nanotube aggregates for solution-processed field effect (2004)
  • Author(s): M.Shiraishi, et al.
  • Journal Title: Chemical Physics Letters 394 Pages: 110-113
• [Book] 環状・筒状超分子新素材の応用技術(高田十志和編集) (2006)
  • Author(s): 竹延大志, 岩佐義宏
  • Total Pages: 246
  • Publisher: 株式会社シーエムシー出版