多層カーボンナノチューブを用いる量子伝導センサーの開発

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14655003
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 落合 勇一 千葉大学, 工学部, 教授 (60111366)
• 研究分担者: 青木 伸之 千葉大学, 工学部, 助手 (60312930) ; 清水 正昭 富士ゼロックス株式会社, 中央研究所, 所長
• キーワード: カーボンナノチューブ / 生体分子 / DNA / 量子伝導センサー / コヒーレント / 集束イオンビーム / 静電捕獲法 / 電界効果トランジスター

研究概要

本研究では,量子伝導状態のカーボンナノチューブ(CNT)に、電気特性の未知なDNA等の生体分子を付着させた際に生じる量子伝導変化を探知する様子を調べることで、新しいセンサーとしての利用を試みることを目的としている.本年度は、CNTと生体分子を組み合わせたナノデバイスの実現とその特許化をめざし、研究を行った。
1.50nmギャップを持つ、超微細電極の作製
DNA等の極微生体分子におけるコヒーレントな量子伝導効果を探知するためには生体分子の長さ以下のギャップ長を持ち、生体分子に対してバリアの少ない材料による微細電極が必要という観点から、CNTによる微小電極の作製を行った。2端子電極を取付けた1本のCNTを集束イオンビーム(FIB)で切断することで、50nmというギャップ長を持つCNT電極の作製に成功した。さらに、その際に基板上に形成される深さ100nm、長さ1μm程度の溝がDNAを貯蔵するのに有効であることも確認され、併せて特許出願を行った。
2.静電捕獲法によるDNA分子の配置
FIB加工によって作製したCNT電極間にDNAを選択的に集める方法として、静電捕獲(ET)法採用し、DNAの配置を試みた。超純水中に分散したDNAをCNT電極上に滴下し、高周波電圧(周波数2MHz、電圧10V)を1時間印加することでCNT電極間に最も効率よくDNAを集められることがわかった。
3.CNT電極間に配置したDNAの電気特性の調査
今年度はランダムなDNAではなく、特性をより理解しやすいグアニンとシトシンのみからなるpoly dG-dCを用いてET法により捕獲を行い、電気特性の評価を行った。2×10^<-6> Torrの真空下において電流-電圧特性を測定したところ非線形ではあるが電流を観測し、ゲート電圧に対して明瞭なp型特性が観測されたととから、CNT電極が機能していることが実証された。

研究成果

• [文献書誌] K.Miyamoto, N.Oguri, T.Sasaki, K.Ishibashi, N.Aoki, Y.Ochiai: "Control of One Dimensional Transport of Multi-Wall Carbon Nanotube by Wall Destruction"Superlattices and Microstructures. (印刷中). (2004)
• [文献書誌] T.Mihara, K.Miyamoto, M.Kida, T.Sasaki, N.Aoki, Y.Ochiai: "Fabrication and transport property of crossroads of multiwall carbon nanotubes"Superlattices and Microstructures. (印刷中). (2004)
• [文献書誌] J.P.Bird, Y.Ochiai: "Electron Spin Polarization in Nanoscale Constrictions"SCIENCE. 303. 1621 (2004)
• [文献書誌] S.Ishii, K.Miyamoto, N.Oguri, K.Horiuchi, T.Sasaki, N.Aoki, Y.Ochiai: "Conduction carrier in multi-walled carbon nanotubes"Physica E. 19. 149 (2003)
• [文献書誌] T.Morimoto, Y.Iwase, N.Aoki, T.Sasaki, Y.Ochiai, A.Shailos, J.P.Bird, M.P.Lilly, J.L.Reno, J.A.Shimmons: "Nonlocal resonant interaction between coupled quantum wires"Applied Physics Letters. 82. 3952 (2003)
• [文献書誌] Y.Ochiai, R.Enomoto, S.Ishii, K.Miyamoto, K.Horiuchi, N.Aoki: "ESR and low- temperature transport in multi-walled carbon nano-tube"Physica B. 329-333. 1542 (2003)