単層カーボンナノチューブ束の光伝導の研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12740202
• 研究機関: 北陸先端科学技術大学院大学
• 研究代表者: 藤原 明比古 北陸先端科学技術大学院大学, 材料科学研究科, 助教授 (70272458)
• キーワード: カーボンナノチューブ / 一次元物質 / 光伝導 / 分光 / ナノテクノロジー

研究概要

本研究課題では、初年度において、世界で始めてカーボンナノチューブの光伝導の観測に成功した。本年度は、その起源を明らかにするために、平均長の異なるカーボンナノチューブでの光伝導特性の違いや、光伝導スペクトルの測定時の印加電圧依存性、特に、光伝導性の発現に閾電圧があるかを詳細に調べた。その結果、光伝導能がカーボンナノチューブ本質の特性であることを示した。
更に、半導体的性質を持つカーボンナノチューブの光伝導スペクトルの温度効果で見られる大きな励起エネルギー依存性、つまり、バンドギャップに対応するエネルギーで観測される光伝導能と第二ギャップと呼ばれる高エネルギーでの光伝導能の温度依存性の大きな相違、に関して議論した。ここでは、1)カーボンナノチューブは一次元物質であるためキャリア生成機構がバンドにより異なり、第一励起に関しては励起子の解離によるキャリア生成で、第二励起に関しては通常のバンド間遷移によるキャリア生成の違いが起こっている可能性、2)生成されたキャリアの寿命が励起されたバンド間で異なる可能性、3)キャリアの伝導機構そのものの違いがある可能性の点から議論した。現段階では、カーボンナノチューブで観測されている光伝導のメカニズムを解明するに至っていないが、光吸収量が明確に評価されている試料での光伝導測定を行い、両者の温度依存性からの比較から、キャリア生成量、キャリア寿命、伝導機構の詳細を議論し、機構解明への方針を提案した。

研究成果

• [文献書誌] 藤原明比古: "カーボンナノチューブのガス吸蔵"機能材料. 21巻5号. 49-53 (2001)
• [文献書誌] A.Fujiwara: "Magnetotransport of carbon nanotubes : magnetic-field-induced metal-insulator transition"Physica. B298. 541-545 (2001)
• [文献書誌] Y.Maniwa: "Multiwalled carbon nanotubes grown in hydrogen atmosphere : An x-ray diffraction study"Phys. Rev.. B64. 073105-1-073105-4 (2001)
• [文献書誌] A.Fujiwara: "Photoconductivity in Semiconducting Single-Walled Carbon Nanotubes"Jpn. J. Appl. Phys.. 40. L1229-L1231 (2001)
• [文献書誌] Y.Maniwa: "Thermal Expansion of Single Wall Carbon Nanotube Bundles : X-Ray Diffraction Studies"Phys. Rev.. B64. 241402-1-241402-3 (2001)
• [文献書誌] A.Fujiwara: "Local current density detection of individual single-wall carbon nanotubes in a bundle"Appl. Phys. Lett.. 80. 1993-1995 (2002)
• [文献書誌] 藤原明比古: "カーボンナノチューブ-期待される材料開発-(第8章(pp. 45-49))"株式会社シーエムシー. 105 (2001)