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2012 Fiscal Year Research-status Report

共鳴光励起による単層カーボンナノチューブのカイラル制御法の新提案

Research Project

Project/Area Number 24560383
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Research InstitutionNihon University

Principal Investigator

山本 寛  日本大学, 理工学部, 教授 (90130632)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 岩田 展幸  日本大学, 理工学部, 講師 (20328686)
Project Period (FY) 2012-04-01 – 2015-03-31
Keywords単層カーボンナノチューブ / カイラリティ / 自由電子レーザー / 化学気相成長 / 成長位置制御
Research Abstract

本研究の到達目標は、超短パルス・波長可変性という特徴を持った自由電子レーザー(FEL)を照射することによって、トップダウン手法により形成した電極間に、ただ一つのカイラリティをもった単層カーボンナノチューブ(SWNTs)をボトムアップ的に成長させるプロセスを開発ところにある。特に、成長中に照射するFEL波長の共鳴吸収効果により、特定のカイラリティを持つSWNTを選択的に成長させる新規プロセスを提案している。
筒状のグラフェンともいえるSWNTは様々な応用展開が期待されている。まず、第一段階として、我々は化学気相成長(Chemical Vapor Deposition: CVD)法におけるSWNT成長の問題点とその原因を明らかにし、高品質SWNT成長プロセスを開発した。今年度の成果として、SWNT成長前に存在するチャンバー内残留炭素がSWNTの品質低下をもたらすことを解明し、成長前にチャンバー内の炭素除去を行うことにより、ラマンスペクトルのG/Dピーク比が100程度の高品質SWNT成長に成功した。
次に、FEL照射効果に関する成果の一例を述べる。FEL未照射時には、直径は0.9~1.5nmにわたり分布し、金属SWNTのカイラリティが5種類、半導体SWNTのカイラリティが21種類確認され、金属と半導体SWNTが混在して成長していた。これに対し、800nmFEL照射時の場合、直径約1.1nmのSWNTのみ成長し、カイラリティは4種類の半導体に限られていた。今回の結果から判断し、FEL照射によりSWNTカイラリティ制御が可能であることが明確に実証できたと考えている。さらに、UV/Ozoneクリーナーを用いて親水処理を施した基板上だけにSWNTを成長させることにも成功し、基板表面処理によるSWNT成長位置制御と成長中FEL照射による半導体SWNTの強い選択成長を同時に実現することが出来た。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

単層カーボンナノチューブ(SWNTs)の物性を左右する直径と炭素結合方位(カイラル)の制御技術の確立は応用展開する上で急務の課題である。本研究の目的は、アルコール触媒気相成長(ACCVD)を用いるSWNTs成長中、特定の波長の高エネルギー極短パルスレーザ(自由電子レーザ:FEL)を照射することによって、照射光共鳴エネルギーに対応する所望のカイラルを持つSWNTsの成長を選択に促進できるプロセスを開発するところにある。
本年度の特筆すべき成果は、800nmのFEL照射を行うことにより、直径約1.1nmのSWNTのみACCVD成長させ、観測されたカイラリティは4種類の半導体に限られていたことを明らかにしたところにある。これは、最終目的のカイラリティ制御法の確立へ向けた第一段階にあり、着実に本研究の目標に向かって遂行されていると判断される。

Strategy for Future Research Activity

今後の研究は大きく三つの検討課題を掲げて推進される。
1)照射FEL波長・パワーの検討(研究代表者:山本、分担者:岩田と連携研究者:早川が担当)を行う。まず、触媒微粒子径によってSWNTsの径を決定すれば、それに対応する固有励起エネルギーがカタウラ・プロットから決定される。例えば、約1.1nm径のSWNTsの半導体相は800nm近傍の波長の光を共鳴吸収することが予想される。次に、500nm、800nmならびに1500nm近傍の波長のFEL照射実験を行い、半導体・金属相の成長制御の可能性を検証する。この時、照射パワー・照射時間依存性についても検討する。
2)SWNTs径・照射FEL波長依存性の詳細な検討(分担者:岩田と連携研究者:早川が担当)を行う。具体的には、触媒微粒子径を減少し、SWNTsの径を1.0nm以下に小さく変化させると、固有励起エネルギーは相対的に高くなり、金属・半導体相はより明確に区別できるものと期待できる。さらに、照射FEL波長を500nm及び800nmを中心として、10nm程度の幅をもって系統的に変化させながらSWNTs成長実験を行い,同時に,照射パワー及び照射時間依存性について最適化条件を探る。現在、FELシステムは近赤外領域にある基本波を安定に出力しているが、非線形光学結晶を用いて大きな出力の高調波パルスレーザ(1500nmの3倍高調波としての 500nm)として機能させ、本申請研究では3倍高調波の約500nm付近のレーザを多用する予定である。
3)成長位置の制御プロセスの検討(研究代表者:山本と分担者:岩田が担当)をおこなう。特に、SWNT成長基板表面の親水性処理によって、特定の領域にのみに触媒を堆積させることによる効果を検証する。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

「該当なし」

  • Research Products

    (40 results)

All 2013 2012

All Journal Article (12 results) (of which Peer Reviewed: 10 results) Presentation (28 results) (of which Invited: 3 results)

  • [Journal Article] Development of High Capacity Stirling-type Pulse Tube Cryocooler System2013

    • Author(s)
      H. Yamamoto, H. Ishiwata, N. Iwata, S. Masuyama, T. Tamada, K. Shikimachi, N. Hirano, and S. Nagaya
    • Journal Title

      Proceedings of ICEC24-ICMC2012

      Volume: Special Issue Pages: 339-342

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 単層カーボンナノチューブの選択的成長手法の確立によるナノスケールトランジスタへの応用2012

    • Author(s)
      岩田展幸, 土肥智史, 相良拓実, 矢島博文, 山本寛
    • Journal Title

      電子情報通信学会技術研究報告

      Volume: Vol.112, No.139 Pages: 1-8

  • [Journal Article] グラフェン層間化合物の作製と評価2012

    • Author(s)
      山本寛, 市川博亮, 佐藤祥吾, 岩田展幸
    • Journal Title

      電子情報通信学会技術研究報告

      Volume: Vol.112, No.265 Pages: 81-86

  • [Journal Article] Mechanism of Growth of Cr2O3 Thin Films on (1-102), (11-20), and (0001) Surfaces of Sapphire Substrates by Direct Current – Radio Frequency Magnetron Sputtering2012

    • Author(s)
      Nobuyuki Iwata, Takuji Kuroda, and Hiroshi Yamamoto
    • Journal Title

      Jpn. J. Appl. Phys.

      Volume: 51 Pages: 1-9

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] C60 Photo-Polymerization using Free Electron Laser2012

    • Author(s)
      Hiroshi Yamamoto and Nobuyuki Iwata
    • Journal Title

      Trans. Mater. Res. Soc. Jpn., 20th Anniversary Special Issue

      Volume: Special Issue Pages: 35-40

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Growth and Evaluation of [AFeOx/REFeO3] (A=Ca, Sr, RE=La, Bi) Superlattices by Pulsed Laser Deposition Method Using High Density Targets Prepared by Pechini Method2012

    • Author(s)
      Nobuyuki Iwata, Yuta Watabe, Yoshito Tsuchiya, Kento. Norota, Takuya Hashimoto, Mark Huijben, Guus Rijnders, Dave H. A. Blank, and Hiroshi Yamamoto
    • Journal Title

      Mater. Res. Soc. Symp. Proc.

      Volume: 1454 Pages: 161-166

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Crystal Structure Analysis of the Cr2O3 thin films2012

    • Author(s)
      Nobuyuki Iwata, Takuji Kuroda, and Hiroshi Yamamoto
    • Journal Title

      Mater. Res. Soc. Symp. Proc.

      Volume: 1454 Pages: 33-38

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Growth of [CaFeOx/BiFeO3] superlattice by Pulsed Laser Deposition Method Using High Density Target Prepared by Pechini Method2012

    • Author(s)
      N. Iwata, Y. Watabe, Y. Tsuchiya, K. Norota, M. Huijben, G. Rijnders, Dave H. A. Blank, and H. Yamamoto
    • Journal Title

      Trans. Mater. Res. Soc. Jpn.

      Volume: 37 Pages: 381-384.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Investigation of Crystal Growth of the Cr2O3 thin films on Sapphire Substrates2012

    • Author(s)
      Takuji Kuroda, Nobuyuki Iwata, and Hiroshi Yamamoto
    • Journal Title

      Trans. Mater. Res. Soc. Jpn.

      Volume: 37 Pages: 385-388

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Growth Difference of LaFeO3 Thin Films by Pulsed Laser Deposition Method Using the Targets Prepared by Pechini and Conventional Solid Solution Methods2012

    • Author(s)
      Yoshito Tsuchiya, Kento Norota, Yuta Watabe, Takuji Kuroda, Nobuyuki Iwata, Takuya Hashimoto, and Hiroshi Yamamoto
    • Journal Title

      Trans. Mater. Res. Soc. Jpn.

      Volume: 37 Pages: 369-372

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Preparation of Two Layers Organic Thin Films on an ITO/PET Substrate using Alq3/ coumarin6 and PEDOT/PSS by Spin Coat2012

    • Author(s)
      Hina Chujo, Yusuke Tada, Nobuyuki Iwata, and Hiroshi Yamamoto
    • Journal Title

      Trans. Mater. Res. Soc. Jpn.

      Volume: 37 Pages: 263-266

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Intercalation of Li to a Few Layers of Graphenes2012

    • Author(s)
      Hiroaki Ichikawa, Masaharu Takanashi , Shogo Sato, Nobuyuki Iwata, and Hiroshi Yamamoto
    • Journal Title

      Trans. Mater. Res. Soc. Jpn.

      Volume: 37 Pages: 507-510

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] パルスレーザー堆積法を用いたREBO3(RE=Ca,Bi,La B=Fe,Mn,Fe0.8Mn0.2)酸化物薄膜の作製と評価2013

    • Author(s)
      及川貴大, 渡部雄太, 岩田展幸, 山本寛
    • Organizer
      第60回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      神奈川工科大学, 厚木市, 神奈川県, 日本
    • Year and Date
      20130327-20130330
  • [Presentation] Pulsed Laser Deposition法による[BiMO3/ABOx](M=Fe, Fe0.8Mn0.2 A=La, Ca B=Fe, Mn)人工超格子の作製と評価2013

    • Author(s)
      渡部雄太, 土屋善人, 及川貴大, 岩田展幸, 橋本拓也, 山本 寛
    • Organizer
      第60回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      神奈川工科大学, 厚木市, 神奈川県, 日本
    • Year and Date
      20130327-20130330
  • [Presentation] 強磁性(FM) 金属/c-,r-Cr2O3積層膜による結晶構造解析と磁気特性2013

    • Author(s)
      黒田卓司, 中村拓未, 岩田展幸, 山本寛
    • Organizer
      第60回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      神奈川工科大学, 厚木市, 神奈川県, 日本
    • Year and Date
      20130327-20130330
  • [Presentation] 高品質な単層カーボンナノチューブ成長におけるコールドウォール化学気相成長装置のヒーター部改良2013

    • Author(s)
      津田悠作, 石井宏治, 土肥智史, 矢島博文, 岩田展幸, 山本寛
    • Organizer
      第44回 フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
    • Place of Presentation
      東京大学 伊藤国際学術研究センター 伊藤謝恩ホール, 東京都, 日本
    • Year and Date
      20130311-20130313
  • [Presentation] 表面処理によって架橋したC60ウィスカーの成長と電気特性2013

    • Author(s)
      粳田克矢, 岩田展幸, 山本寛
    • Organizer
      第44回 フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
    • Place of Presentation
      東京大学 伊藤国際学術研究センター 伊藤謝恩ホール, 東京都, 日本
    • Year and Date
      20130311-20130313
  • [Presentation] グラファイト及びNi触媒ダブルターゲットを用いたレーザーアブレーション法によるカーボンナノチューブの合成2013

    • Author(s)
      石井宏治, 岩田展幸, 山本寛, 矢島博文
    • Organizer
      第44回 フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
    • Place of Presentation
      東京大学 伊藤国際学術研究センター 伊藤謝恩ホール, 東京都, 日本
    • Year and Date
      20130311-20130313
  • [Presentation] 室温超伝導を実現するグラファイト/グラフェン層間化合物の生成と特性評価2013

    • Author(s)
      佐藤祥吾, 市川博亮, 岩田展幸, 山本寛
    • Organizer
      第44回 フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
    • Place of Presentation
      東京大学 伊藤国際学術研究センター 伊藤謝恩ホール, 東京都, 日本
    • Year and Date
      20130311-20130313
  • [Presentation] フラーレン・カーボンナノチューブにおける自由電子レーザーを援用した炭素―炭素結合制御2013

    • Author(s)
      山本寛, 岩田展幸
    • Organizer
      日本表面科学会東北・北海道支部講演会
    • Place of Presentation
      日本大学工学部50周年記念館,郡山市, 福島県, 日本
    • Year and Date
      20130311-20130312
    • Invited
  • [Presentation] Oxides Heterostructures for Giant Magnetoelectric Effect2013

    • Author(s)
      Nobuyuki Iwata, Yuta Watabe, Takahiro Oikaw, Takuji Kuroda, Hiroshi Yamamoto, Takuya Hashimoto, Mark Huijben, Guus Rijnders, and Dave H. A. Blank
    • Organizer
      Second International Conference on Optoelectronic Materials and Thin Films for Advanced Technology
    • Place of Presentation
      Hotel Riviera Suites, Kochi, India
    • Year and Date
      20130102-20130105
    • Invited
  • [Presentation] Growth and Electric Properties of C60 Whiskers Directly Grown between Electrodes by Surface Treatment2012

    • Author(s)
      Katsuya Uruchida, Nobuyuki Iwata, and Hiroshi Yamamoto
    • Organizer
      The 10th International Conference on Nano-Molecular Electronics
    • Place of Presentation
      Awaji Yumebutai International Conference Center, Awaji, Hyogo, Japan
    • Year and Date
      20121212-20121214
  • [Presentation] Intercalation of the FeCl3 to the graphite and a few layers of graphenes2012

    • Author(s)
      Hiroaki Ichikawa, Shogo Sato, Nobuyuki Iwata and Hiroshi Yamamoto
    • Organizer
      The 10th International Conference on Nano-Molecular Electronics
    • Place of Presentation
      Awaji Yumebutai International Conference Center, Awaji, Hyogo, Japan
    • Year and Date
      20121212-20121214
  • [Presentation] Simultaneous Control of Position, Chirality, and In-plane Orientation of Single Walled Carbon Nanotubes Growth for Production of Single-Walled Carbon Nanotube-Field Effect Transistors2012

    • Author(s)
      Satoshi Doi, Keijiro Sakai, Kaneki Kunihide, Yuuki Tanaka, Hiroki Kobayashi, Nobuyuki Iwata, Hirofumi Yajima, and Hiroshi Yamamoto
    • Organizer
      The 10th International Conference on Nano-Molecular Electronics
    • Place of Presentation
      Awaji Yumebutai International Conference Center, Awaji, Hyogo, Japan
    • Year and Date
      20121212-20121214
  • [Presentation] グラフェン層間化合物の作製と評価2012

    • Author(s)
      山本寛, 市川博亮, 佐藤祥吾, 岩田展幸
    • Organizer
      電子情報通信学会 電子部品・材料研究会
    • Place of Presentation
      まちなかキャンパス長岡5階501会議室, 長岡市, 新潟県, 日本
    • Year and Date
      20121026-20121027
  • [Presentation] Impedance Characterization of [CaFeOx/BiFeO3] Superlattice Grown by Pulsed Laser Deposition Method2012

    • Author(s)
      Y. Watabe, T. Oikawa, Y. Tsuchiya, N, Iwata, H. Yamamoto, Mark Huijben, Guus Rijnders, and Dave H. A. Blank
    • Organizer
      Workshop on Oxide Ectronics 19
    • Place of Presentation
      Paleis't Loo, Apeldoorn, the Netherlamds
    • Year and Date
      20120930-20121003
  • [Presentation] Deposition of AFeOx(A=Ca,Sr) Thin Film by Pulsed Laser Deposition Method Using Ozone2012

    • Author(s)
      Takahiro Oikawa, Yoshito Tsuchiya, Yuta Watabe, Nobuyuki Iwata, and Hiroshi Yamamoto
    • Organizer
      Workshop on Oxide Ectronics 19
    • Place of Presentation
      Paleis't Loo, Apeldoorn, the Netherlamds
    • Year and Date
      20120930-20121003
  • [Presentation] Crystal Structure Analysis of Cr2O3 Thin Films and Magnetic Properties of Ferromagnetic Metal / Cr2O3 Multilayer2012

    • Author(s)
      Takuji Kuroda, Takumi Nakamura, Nobuyuki Iwata, and Hiroshi Yamamoto
    • Organizer
      Workshop on Oxide Ectronics 19
    • Place of Presentation
      Paleis't Loo, Apeldoorn, the Netherlamds
    • Year and Date
      20120930-20121003
  • [Presentation] Synthesis of Carbon Nanotubes by Double Laser Ablation Method2012

    • Author(s)
      Koji Ishii, Hiroshi Yamamoto, Nobuyuki Iwata, and Hirofumi Yajima
    • Organizer
      International Union of Materials Research Societies - International Conference on Electronic Materials
    • Place of Presentation
      Pacifico Yokohama, Yokohama, Japan
    • Year and Date
      20120923-20120928
  • [Presentation] Simultaneous Control of Position, Chirality, and in-plane Orientation of Single-walled Carbon Nanotubes Growth by Chemical Vapor Deposition Method2012

    • Author(s)
      Takumi Sagara, Satoshi Doi, Koji Ishii, Nobuyuki Iwata, Hirofumi Yajima, and Hiroshi Yamamoto
    • Organizer
      International Union of Materials Research Societies - International Conference on Electronic Materials
    • Place of Presentation
      Pacifico Yokohama, Yokohama, Japan
    • Year and Date
      20120923-20120928
  • [Presentation] 面内配向単層カーボンナノチューブの自由電子レーザー照射効果2012

    • Author(s)
      相良拓実, 石井宏治, 土肥智史, 矢島博文, 岩田展幸, 山本寛
    • Organizer
      電子情報通信学会 電子部品・材料研究会
    • Place of Presentation
      山形大学工学部, 米沢市, 山形県, 日本
    • Year and Date
      20120808-20120809
  • [Presentation] DC-RFマグネトロンスパッタ法におけるCr2O3薄膜の作製2012

    • Author(s)
      中村拓未, 黒田卓司, 岩田展幸, 山本寛
    • Organizer
      電子情報通信学会 電子部品・材料研究会
    • Place of Presentation
      山形大学工学部, 米沢市, 山形県, 日本
    • Year and Date
      20120808-20120809
  • [Presentation] 単層カーボンナノチューブの選択的成長手法の確立によるナノスケールトランジスタへの応用2012

    • Author(s)
      岩田展幸, 土肥智史, 相良拓実, 矢島博文, 山本寛
    • Organizer
      電子情報通信学会有機エレクトロニクス研究会
    • Place of Presentation
      (財)加藤科学振興会 軽井沢研修所, 軽井沢市, 長野県, 日本
    • Year and Date
      20120719-20120720
    • Invited
  • [Presentation] FeCl3を用いたグラファイト及び低層グラフェン層間化合物の作製2012

    • Author(s)
      市川博亮, 佐藤祥吾, 岩田展幸, 山本 寛
    • Organizer
      第9回Cat-CVD研究会
    • Place of Presentation
      日本大学 生産工学部,習志野市,千葉県,日本
    • Year and Date
      20120622-20120623
  • [Presentation] Cat-CVD法による単層カーボンナノチューブの面内配向制御2012

    • Author(s)
      桑山真, 相良拓実, 土肥智史, 岩田展幸, 山本 寛
    • Organizer
      第9回Cat-CVD研究会
    • Place of Presentation
      日本大学 生産工学部,習志野市,千葉県,日本
    • Year and Date
      20120622-20120623
  • [Presentation] パルスレーザー堆積法による鉄系ペロブスカイト酸化物薄膜の作製2012

    • Author(s)
      及川貴大, 土屋善人, 渡部雄太, 岩田展幸, 山本寛
    • Organizer
      第9回Cat-CVD研究会
    • Place of Presentation
      日本大学 生産工学部,習志野市,千葉県,日本
    • Year and Date
      20120622-20120623
  • [Presentation] r面およびc面サファイア基板上でのCr2O3薄膜の結晶成長2012

    • Author(s)
      中村拓未, 黒田卓司, 岩田展幸, 山本寛
    • Organizer
      第9回Cat-CVD研究会
    • Place of Presentation
      日本大学 生産工学部,習志野市,千葉県,日本
    • Year and Date
      20120622-20120623
  • [Presentation] 単層カーボンナノチューブ成長中の自由電子レーザー照射によるカイラリティ制御の解明2012

    • Author(s)
      津田悠作, 土肥智史, 岩田展幸, 矢島博文, 山本寛
    • Organizer
      第9回Cat-CVD研究会
    • Place of Presentation
      日本大学 生産工学部,習志野市,千葉県,日本
    • Year and Date
      20120622-20120623
  • [Presentation] Growth and Evaluation of [AFeOx/REFeO3] (A=Ca, Sr, RE=La, Bi) Superlattices by Pulsed Laser Deposition Method Using High Density Targets Prepared by Pechini Method2012

    • Author(s)
      Nobuyuki Iwata, Yuta Watabe, Yoshito Tsuchiya, Kento Norota, Takuya Hashimoto, Mark Huijben, Guus Rijnders, Dave H. A. Blank, and Hiroshi Yamamoto
    • Organizer
      2012 Materials Research Society Spring Meeting
    • Place of Presentation
      Moscone West Convention Center, San Francisco, California, USA
    • Year and Date
      20120409-20120413
  • [Presentation] Crystal Structure Analysis of the Cr2O3 thin films2012

    • Author(s)
      Nobuyuki Iwata, Takuji Kuroda, and Hiroshi Yamamoto
    • Organizer
      2012 Materials Research Society Spring Meeting
    • Place of Presentation
      Moscone West Convention Center, San Francisco, California, USA
    • Year and Date
      20120409-20120413

URL: 

Published: 2014-07-24  

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