プラズマプロセス制御による機能性カーボンナノチューブ創製

2011 年度 研究成果報告書

• 研究領域: カーボンナノチューブナノエレクトロニクス
• 研究課題/領域番号: 19054001
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 畠山 力三 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00108474)
• 研究分担者: 金子 俊郎 東北大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (30312599) ; 田路 和幸 東北大学, 大学院・環境科学研究科, 教授 (10175474)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2011
• キーワード: プラズマプロセス / 構造制御配向成長 / 内包ナノチューブ / 電気磁気光機能

研究概要

単層(SWNT)と二層カーボンナノチューブ(DWNT)の電気磁気光学的新機能化を目指して、拡散プラズマ化学気相堆積(CVD)法とプラズマイオン注入法を開発・適用・駆使した。その結果、SWNTのカイラリテイ分布狭小化等の構造制御成長、各種の電荷とスピン活用原子・分子内包SWNTとDWNTの創製、及び半導体伝導型自在制御に成功し、高性能負性微分抵抗素子、究極のpn接合ダイオード、半導体磁性融合素子、光電子融合(スイッチ、光電変換)素子、n型薄膜トランジスタ等の環境安定ナノデバイス原理を実証した。

研究成果

• [雑誌論文] Influence of the Structure of the Nanotube on the Mechanical Properties of Binder-Free Multi-Walled Carbon Nanotube Solids (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Sato, H. Nishizaka, S. Sawano, A. Yoshinaka, K. Hirano, S. Hashiguchi, T. Arie, S. Akita, G. Yamamoto, T. Hashida, H. Kimura, K. Motomiya, K. Tohji
  • 雑誌名: Carbon 巻: Vol.50, No.1 ページ: 34-39
  • URL: http:dx.doi.org/10.1016/j.carbon.2011.07.047.
• [雑誌論文] Harvesting Infrared Solar Energy by Semiconducting-Single-Walled Carbon Nanotubes (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. F. Li, S. Kodama, T. Kaneko, R. Hatakeyama
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: Vol.4 ページ: 065101-1-065101-3
  • DOI: DOI: 10.1143/APEX.4.065101.
• [雑誌論文] Direct Growth of Short Single-Walled Carbon Nanotubes with Narrow-Chirality Distribution by Time-Programmed Plasma Chemical Vapor Deposition (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Kato, R. Hatakeyama
  • 雑誌名: ACS, Nano 巻: Vol.4, No.12 ページ: 7395-7400
  • DOI: DOI: 10.1021/nn102379p.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Narrow-Chirality Distributed Single-Walled Carbon Nanotubes Growth from Nonmagnetic Catalyst (2010)
  • 著者名/発表者名: Z. Ghorannevis, T. Kato, T. Kaneko, R. Hatakeyama
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: Vol.132, No.28 ページ: 9570-9572
  • DOI: DOI: 10.1021/ja103362j
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and Property Characterization of C_<69>N Azafullerne Encapsulated Single-Walled Carbon Nanotubes (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. F. Li,T. Kaneko, S. Miyanaga, R. Hatakeyama
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: Vol.4, No.6 ページ: 3522-3526
  • DOI: DOI: 10.1021/nn100745a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Infrared Photovoltaic Solar Cells Based on C_<60> Fullerene Encapsulated Single-Walled Carbon Nanotubes (2010)
  • 著者名/発表者名: R. Hatakeyama, Y. F. Li, T. Y. Kato, T. Kaneko
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: Vol.97, No.1 ページ: 013104-1-013104-3
  • URL: http://dx.doi.org/10.1063/1.34622313
  • 査読あり
• [雑誌論文] P-N Junction with Donor and Acceptor Encapsulated Single-Walled Carbon Nanotubes (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Kato, R. Hatakeyama, J. Shishido, W. Oohara, K. Tohji
  • 雑誌名: Applied Physic Letters 巻: Vol.95, No.8 ページ: 083109-1-083109-3
  • URL: http://dx.doi.org/10.1063/1.3207742
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation of p-n Junction in Double-Walled Carbon Nanotubes Based on Heteromaterial Encaosulation (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. F. Li, R.Hatakeyama, W. Oohara, T. Kaneko
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: Vol.2, No.9 ページ: 095005-1-3
  • DOI: DOI: 10.1143/APEX.2.095005.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoswitching in Azafullerene Encapsulated Single-Walled Carbon Nanotube FET Devices (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. F. Li, T. Kaneko, J. Kong, R. Hatakeyama
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: Vol.131, No.10 ページ: 3412-3413
  • DOI: DOI: 10.1021/ja810086g
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-Performance Negative Differential Resistance Behavior in Fullerenes Encapsulated Double-Walled Carbon Nanotubes (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. F. Li, T. Kaneko, R. Hatakeyama
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: Vol.116, No.12 ページ: 124316-1-124316-6
  • URL: http://dx.doi.org/10.1063/1.3273496
  • 査読あり
• [雑誌論文] Super-Robust, Lightweight, Conducting Carbon Nanotube Blocks Cross-Linked by De-fluorination (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Sato, M. Ootsubo, G. Yamamoto, G. Van Lier, M. Terrones, S. Hashiguchi, H. Kimura, A. Okubo, K. Motomiya, B. Jeyadevan, T. Hashida, K. Tohji
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: Vol.2, No.2 ページ: 348-356
  • DOI: DOI: 10.1021/nn700324z
  • 査読あり
• [雑誌論文] Exciton Energy Transfer-Assisted Photoluminescene Brightening from Freestanding Shingle-Walled Carbon nanotube Bundles (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Kato, R. Hatakeyama
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: Vol.130, No.25 ページ: 8101-8107
  • DOI: DOI: 10.1021/ja802427v
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrical Transport Properties of Fullerene Peaolds Interacting with Light (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. G. Li, T. Kaneko, R. Hatakeyama
  • 雑誌名: Nanotechnology 巻: Vol.19, No.41 ページ: 415201-1-415201-7
  • DOI: doi:10.1088/0957-4484/19/41/415201
  • 査読あり
• [雑誌論文] Azafullerene Encapsulated Single-Walled Carbon Nanotubes with n-Type Electrical Transport Property (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Kaneko, Y. F. Li, S. Nishigaki, R. Hatakeyama
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: Vol.130, No.9 ページ: 2714-2715
  • DOI: DOI: 10.1021/ja0773960
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoinduced Electron Transfer in C_<60> Encapsulated Single-Walled Carbon Nanotube (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. F. Li, T. Kaneko, R. Hatakeyama
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: Vol.92, No.18 ページ: 183115-1-183115-3
  • URL: http://dx.doi.org/10.1063/1.2924300
  • 査読あり
• [雑誌論文] Kinetics of Reactive Ion Etching upon Single-Walled Carbon Nanotubes (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Kato, R. Hatakeyama
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: Vol.92, No.3 ページ: 031502-1-031502-3
  • DOI: DOI: 10.1063/1.2837463
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cesium-Filled Single Wall Carbon Nanotubes as Conducting Nanowires: Scanning Tunneling Spectroscopu Study (2007)
  • 著者名/発表者名: S. H. Kim, W. I. Choi, G. Kim, Y. J. Song, G. -H. Jeong, R. Hatakeyama, J. Ihm, Y. Kuk
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: Vol.99, No.25 ページ: 256407-1-256407-4
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevLett.99.256407
  • 査読あり
• [雑誌論文] Negative Differential Resistance in Tunneling Transport Through C_<60> Encapsulated Double-Walled Carbon Nanotubes (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. F. Li, R. Hatakeyama, T. Kaneko, T. Kato, T. Okada
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: Vol.90, No.7 ページ: 073106-1-3
  • DOI: DOI: 10.1063/1.2535817
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic Characterization of Fe-Nanoparticles Encapsulated Single-Walled Carbon Nanotubes (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. F. Li, T. Kaneko, T. Ogawa, M. Takahashi, R. Hatakeyama
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: No.3 ページ: 254-256
  • DOI: DOI: 10.1039/B611256K
  • 査読あり
• [雑誌論文] Novel Method to Evaluate the Carbon Network of Single-Walled Carbon Nanotubes by Hydrogen Physisorption (2007)
  • 著者名/発表者名: S. Iwata, Y. Sato, K. Nakai, S. Ogura, T. Okano, M. Namura, A. Kasuya, K. Tohji, K. Fukutani
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: Vol.111, No.41 ページ: 14937-14941
  • DOI: DOI: 10.1021/jp076275j
  • 査読あり
• [学会発表] Plasma Processing Challenge toward Carbon-Nanotube Chirality Control (2010)
  • 著者名/発表者名: R. Hatakeyama, T. Kato, T. Kaneko
  • 学会等名: The Second International Symposium on Plasma Nanoscience
  • 発表場所: South Durras, Australia (Plenary Invited)
  • 年月日: 2010-12-13
• [学会発表] Plasma Processing Power for Nanocarbon Nanobioelectronics (2010)
  • 著者名/発表者名: R. Hatakeyama, T. Kaneko, T. Kato, Y. F. Li, Q. Chen
  • 学会等名: The 7th International Conference on Reactive Plasmas and 63rd Gaseous Electronic Conference
  • 発表場所: Paris, France (Plenary Invited)
  • 年月日: 2010-10-06
• [学会発表] Nanoelectronically Functional Carbon Nanotubes Created by Plasma Processing (2009)
  • 著者名/発表者名: R. Hatakeyama, T. Kaneko, T. Kato, Y. F. Li
  • 学会等名: The 5th International Conference on Materials for Advanced Technologies
  • 発表場所: Singapore (Invited)
  • 年月日: 2009-06-29
• [学会発表] Electrical and Photoinduced Transport Properties of Atom and Molecule Encapsulated Carbon Nanotubes Created by Plasma Process (2008)
  • 著者名/発表者名: R. Hatakeyama, T. Kaneko, Y. F. Li
  • 学会等名: The 8th IEEE Conference on Nanotechnlology
  • 発表場所: Arlington, USA (Invited)
  • 年月日: 2008-08-20
• [学会発表] Novel-Structured Carbon Nanotubes Creation by Nanoscopic Plasma Control (2007)
  • 著者名/発表者名: R. Hatakeyama
  • 学会等名: 28th International Conference on Phenomana in Ionized Gases
  • 発表場所: Prague, Czech Republic (Plenary Invited)
  • 年月日: 2007-07-16
• [図書] Structure Control of Single-Walled Carbon Nanotubes by Plasma CVD, Plasma Processing of Nanomaterials, edited by R. M. Sankaran (2011)
  • 著者名/発表者名: R. Hatakeyama, T. Kato
  • 総ページ数: 219-230
  • 出版者: CRC Press, Taylor & Francis Group
• [図書] VNT合成へのプラズマ応用, カーボンナノチューブ・グラフェンハンドブック (2011)
  • 著者名/発表者名: 畠山力三, 加藤俊顕
  • 総ページ数: 28-32
  • 出版者: コロナ社
• [図書] Q-Machine Plasmas Yielding New Experimental Methodologies of Sheared-Flow ad Nano-Quantum Physics, Frontiers in Modern Plasma Physics, edited by P. K. Shukla, B. Elisason, L. Stenflo (2008)
  • 著者名/発表者名: R. Hatakeyama, T. Kaneko
  • 総ページ数: 152-167
  • 出版者: American Institute of Physics
• [図書] Carbon Derivatives, Nano and Molecular Electronics Handbook, edited by S. E. Lyshevski (2007)
  • 著者名/発表者名: R. Hatakeyama
  • 総ページ数: 4-1-4-36
  • 出版者: CRC Press, Taylor &Francis Group
• [備考] 機関リポジトリ
  • URL: http://www.plasma.ecei.tohoku.ac.jp
• [備考] 機関リポジトリ
  • URL: http://ir.library.tohoku.ac.jp/
• [産業財産権] 単層カーボンナノチューブフィルムおよびその製造方法 (2009)
  • 発明者名: 佐藤義倫, 田路和幸, 名村優
  • 権利者名: 佐藤義倫, 田路和幸, 名村優
  • 産業財産権番号: 特許権, 特願2009-210370
  • 出願年月日: 2009-09-11
• [産業財産権] ヘテロフラーレン内包カーボンナノチューブを用いた電子デバイス (2007)
  • 発明者名: 金子俊郎, 畠山力三, 李永峰, 笠間泰彦, 表研次
  • 権利者名: 金子俊郎, 畠山力三, 李永峰, 笠間泰彦, 表研次
  • 産業財産権番号: 特許権, 特願2007-181340
  • 出願年月日: 2007-07-10