カーボンナノチューブ量子ドットと電磁波の相互作用に関する研究

2008 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19101006
• Research Institution: The Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 石橋 幸治 The Institute of Physical and Chemical Research, 石橋極微デバイス工学研究室, 主任研究員 (30211048)
• Keywords: カーボンナノチューブ / 量子ドット / 人工原子 / テラヘルツ波 / 光アシストトンネル / Tien-Gordonモデル / ボウタイアンテナ / 電子線描画

Research Abstract

カーボンナノチューブ量子ドットは、人工原子としてのエネルギースケールが、その微細性を反映してテラヘルツ領域にあることが大きな特徴である。テラヘルツ波は電磁波と光の中間に位置し、環境や医療方面の診断技術としての重要性が認識されているにもかかわらず発振器や検出器の開発が遅れている領域である。本研究では、カーボンナノチューブのエネルギースケールに着目し、電磁波の中でも特にテラヘルツ波との相互作用をしらべた。実験ではカーボンナノチューブ量子ドットの電気伝導特性が周波数や強度の異なるテラヘルツ波を照射するとどのように変化するかを調べた。その結果、テラヘルツ波を光子として検出する光アシストトンネルの観測に量子ドットでははじめて成功した。また、周波数特性や強度依存性も調べ、この効果がマイクロ波領域でよく知られているTien-Gordonモデルで基本的には説明できることを明らかにした。これまでの実験では、特にテラヘルツ波を効率的に受信するためのアンテナ構造を有していなかった。本年度は、この結果をさらに発展させるため、アンテナ構造をもったカーボンナノチユーブ量子ドットの作製技術の開発を行った。アンテナ構造としては、ボウタイアンテナを用いるが、電子線描画の際のドーズ料の最適化が重要であることがわかった。すなわち、ボウタイ構造は大面積描画を行うことになるので、カーボンナノチューブ量子ドットの微小な部分が、ドーズ量の近接効果をまともに受けることになる。このことを避けるためのパターン構造を最適化することが必要である。

Research Products

• [Journal Article] カーボンナノチューブ量子ドットのテラヘルツ波応答 (2009)
  • Author(s): 石橋幸治, 河野行雄, 布施智子, 豊川聖子, 山口智弘
  • Journal Title: 光学 38 Pages: 99-101
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Artificial atom and quantum teraherz response in carbon nanotube quantum dots (2008)
  • Author(s): K. Ishibashi, S. Moriyama, T. Fuse, Y. Kawano, S. Toyokawa, T. Yamaguchi
  • Journal Title: J. Phys : Condensed Matter 20 Pages: 454205(1-5)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] カーボンナノチューブ人工原子と量子テラヘルツ応答 (2008)
  • Author(s): 石橋幸治, 森山悟士, 布施智子, 河野行雄, 豊川聖子, 山口智弘
  • Journal Title: 真空 51 Pages: 445-452
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Quantum dots in carbon nanotubes and Si nanowires (2008)
  • Author(s): K. Ishibashi, S. Y. Huang, A. Hida, H. Tabata Y. Kawano, T. Yamaguchi
  • Organizer: International School and Workshop on Nanoscience and Nanotechnology (n&n2008)
  • Place of Presentation: Frascati, Italy
  • Year and Date: 20081022-20081023
• [Presentation] Highly Sensitive and Frequency-Tunable THz Detector Using Carbon Nanotube Quantum Dots (2008)
  • Author(s): Y. Kawano, T. Fuse, S. Toyokawa, T. Uchida, and K. Ishibashi
  • Organizer: 33rd International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves
  • Place of Presentation: Pasadena, USA
  • Year and Date: 20080915-19
• [Presentation] Scanning Electrometer using a Carbon Nanotube Single-Electron Transistor Integrated with a Metal-Coated Cantilever (2008)
  • Author(s): Y. Kawano, T. Uchida, K. Ishibashi
  • Organizer: 2008 International Conference on Nanoscience + Technology (ICN+T)
  • Place of Presentation: Keystone, USA
  • Year and Date: 20080721-20080725
• [Presentation] Quantum-dot devices with carbon nanotubes and Si nanowires (2008)
  • Author(s): K. Ishibashi, S. Moriyama, T. Fuse, Y. Kawano, S. Toyokawa, S. Y. Huang, N. Fukata, T. Yamaguchi
  • Organizer: International Baltic Sea Region conference "Functional materials and nanotechnologies (FMNT08)", The conference is devoted to 30th anniversary of Institute of Solid State Physics, University of Latvia
  • Place of Presentation: Riga, Latvia
  • Year and Date: 20080401-20080404