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2021 年度 実績報告書

単層カーボンナノチューブ単一界面における熱伝導の計測

研究課題

研究課題/領域番号 20K15137
研究機関東京大学

研究代表者

大塚 慶吾  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (20823636)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
キーワード単層カーボンナノチューブ / 単一ナノ構造材料 / ナノ・マイクロ加工 / ナノ界面 / 輸送特性
研究実績の概要

2021年度は、基板上に掘られた溝を橋渡しするカーボンナノチューブの架橋構造の構築する技術を活用して、架橋ナノチューブに対してファンデルワールス界面を持つヘテロ構造を化学気相成長法によって成長させた。さらに得られた同軸ヘテロ構造の分光分析や電気伝導計測を行った。
ヘテロ構造の合成にあたり、試料の準備工程、電子顕微鏡による観察などに起因する汚染を最小限に抑えるため、独自のナノチューブ操作技術と単一ナノチューブの光学イメージング系を活用して、清浄な表面を持つ架橋カーボンナノチューブのイメージングを行い、ラマン散乱分光による構造分析を行った。続いてアンモニアボランを原料とし、窒化ホウ素とのファンデルワールス界面を持つヘテロ構造を合成し、再びラマン分光測定を行った。異種材料の熱膨張率の差に起因するひずみによるカーボンナノチューブ固有の振動モードのシフトが観察された。このシフトを加味したうえで、この振動モードの温度依存性を利用することにより、ヘテロ構造の温度分布、さらに熱伝導に関する計測が可能になる。
ただし、研究開始当初は前所属機関の蛍光分光によって温度計測を行うことを計画していたが、異動により活用できなくなったため、得られたファンデルワールスヘテロ構造における電気輸送に関する測定へと計画を変更した。このような原子層からなる半導体と絶縁体の同軸ヘテロ構造は、トランジスタ応用の可能性があるため、ゲートによる電気伝導特性の変調の可能性を検証した。トンネル電流により窒化ホウ素をゲート絶縁膜とした動作は得られなかったものの、既存のhigh-k材料と併せることで、良好なスイッチングが可能であることを確認した。独自の材料操作技術と光学イメージング技術により、ファンデルワールス結合によるナノ材料界面の電気・励起子の輸送についての測定を行うことができ、こういった技術と試料は熱輸送計測へと展開できる。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Universal Map of Gas-Dependent Kinetic Selectivity in Carbon Nanotube Growth2022

    • 著者名/発表者名
      Otsuka Keigo、Ishimaru Ryoya、Kobayashi Akari、Inoue Taiki、Xiang Rong、Chiashi Shohei、Kato Yuichiro K.、Maruyama Shigeo
    • 雑誌名

      ACS Nano

      巻: 16 ページ: 5627

    • DOI

      10.1021/acsnano.1c10569

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Waveguide coupled cavity-enhanced light emission from individual carbon nanotubes2021

    • 著者名/発表者名
      Yamashita D.、Machiya H.、Otsuka K.、Ishii A.、Kato Y. K.
    • 雑誌名

      APL Photonics

      巻: 6 ページ: 031302~031302

    • DOI

      10.1063/5.0042635

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Deterministic transfer of optical-quality carbon nanotubes for atomically defined technology2021

    • 著者名/発表者名
      Otsuka Keigo、Fang Nan、Yamashita Daiki、Taniguchi Takashi、Watanabe Kenji、Kato Yuichiro K.
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 12 ページ: 3138

    • DOI

      10.1038/s41467-021-23413-4

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Quantum Emission Assisted by Energy Landscape Modification in Pentacene-Decorated Carbon Nanotubes2021

    • 著者名/発表者名
      Li Zhen、Otsuka Keigo、Yamashita Daiki、Kozawa Daichi、Kato Yuichiro K.
    • 雑誌名

      ACS Photonics

      巻: 8 ページ: 2367~2374

    • DOI

      10.1021/acsphotonics.1c00539

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Fabrication of SWCNT-BNNT field-effect transistors and evaluation of contact resistance2021

    • 著者名/発表者名
      杉原太希、松下覚、佐藤周、大塚慶吾、井ノ上泰輝、千足昇平、丸山茂夫
    • 学会等名
      第61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
  • [学会発表] The effect of oxidants on SWCNT growth analyzed by isotope labeling technique2021

    • 著者名/発表者名
      石丸亮哉、大塚慶吾、井ノ上泰輝、千足昇平、丸山茂夫
    • 学会等名
      第61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
  • [学会発表] Deterministic transfer of optical-quality carbon nanotubes for atomically defined technology2021

    • 著者名/発表者名
      大塚慶吾、方楠、山下大喜、谷口尚、渡邊賢司、加藤雄一郎
    • 学会等名
      第61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
    • 招待講演
  • [学会発表] CO2-driven tuning of growth rate, lifetime, and incubation of horizontal arrays of carbon nanotubes2021

    • 著者名/発表者名
      石丸亮哉、大塚慶吾、井ノ上泰輝、千足昇平、丸山茂夫
    • 学会等名
      第62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
  • [学会発表] Gas-dependent kinetic selectivity in catalytic chemical vapor deposition of single-walled carbon nanotubes2021

    • 著者名/発表者名
      大塚慶吾、石丸亮哉、井ノ上泰輝、項栄、千足昇平、加藤雄一郎、丸山茂夫
    • 学会等名
      第62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
  • [学会発表] Deterministic dry transfer of carbon nanotubes into photonic devices using single-crystalline anthracene2021

    • 著者名/発表者名
      K. Otsuka, N. Fang, D. Yamashita, T. Taniguchi, K. Watanabe, Y. K. Kato
    • 学会等名
      International Conference on the Science and Application of Nanotubes and Low-Dimensional Materials (NT21)
    • 国際学会
  • [学会発表] Fabrication and characterization of horizontal arrays of SWCNT-BNNT heteronanotubes2021

    • 著者名/発表者名
      松下覚、杉原太希、朱光耀、大塚慶吾、井ノ上泰輝、千足昇平、丸山茂夫
    • 学会等名
      第62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
  • [備考] 個人ウェブページ

    • URL

      https://sites.google.com/site/keigootsukajp

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公開日: 2022-12-28  

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