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電界放出顕微鏡(FEM)による孤立したカーボンナノコイルの電界放出の研究
1)有限要素法によるカーボンナノチューブとカーボンナノコイル先端の電界分布の分析:カーボンナノチューブとカーボンナノコイルは先端の曲率半径の増大につれ、先端に集中している電界強度が弱くなることと、同じ先端曲率半径をもつカーボンナノチューブとカーボンナノコイルの先端に集中している電界強度はほぼ同程度であることが分かった。またカーボンナノチューブは先端のみ電界が集中するに対してカーボンナノコイルはその第一巻きの表面に電界が集中することが分かった。このことから、カーボンナノコイルはカーボンナノチューブと同レベルの放出閾値電圧を持ち、しかもカーボンナノチューブよりも放出サイトが多いであることを示し、高効率な電子放出源への応用が期待される。
2)電子顕微鏡内に一本のカーボンナノコイルをタングスタン針先端に接続させ固定し、超高真空(10^<-10>torr台)チャンバーに陰極であるステージに取り付け、蛍光体を塗布した陽極プレートとの間に電圧を印加し、電界放出時の電流-電圧特性と放出パターンを同期に観測した。I-V測定において、電圧の増加時にステップ状の電流の増加が見られ、それと同時に放出パターンが反時計回りに回転し始め、約360°の回転が観察された。また放出パターンに複数の輝点があるので、カーボンナノコイルの放出サイトがナノチューブより多いことがわかり、有限要素法の計算結果と一致する。さらにナノコイルが印加された電界の方向に配向したこと、コイルの巻き数が1巻き増えたことが分かった。これは強電界中のナノコイルに働いた静電気力、コイルに流れた大電流により引き起こされた構造変化によるストレス緩和効果によるものと考えられる。
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