多層カーボンナノチューブの合成制御と低温低次元電気伝導

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13450006
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: 落合 勇一 千葉大学, 工学部, 教授 (60111366)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 日野 照純 千葉大学, 工学部, 助教授 (10105827) ; 関根 智幸 上智大学, 理工学部, 教授 (60110722) ; 石橋 幸治 理化学研究所, 半導体工学研究室, 先任研究員 (30211048) ; 青木 伸之 千葉大学, 工学部, 助手 (60312930) ; 山本 和貫 千葉大学, 工学部, 助教授 (90251181)
• Keywords: 多層カーボンナノチューブ / MWCNT / 合成制御 / 低温電気伝導 / 1次元伝導 / 朝永-ラッティンジャー液体 / 層数制御 / 加熱精製

Research Abstract

本研究では、直流アーク放電法を用いて合成した多層カーボンナノチューブ(以下MWCNT)の合成制御・精製およびその次の段階であるデバイス応用に向けた基礎電気伝導特性を中心に詳しく研究を行った。初年度は、多量の不純物が含まれているMWCNTの合成・精製制御を行うため、酸素雰囲気中で500℃・50hの条件で加熱精製し、以前よりも効率よく不純物を除去することに成功した。これらの精製制御の結果を確認するため、ESR測定を行い、不純物となるアモルファスカーボン等の除去の様子を詳細に調べた。その結果、MWCNTの伝導電子系のESRを追跡することにより、精製の過程を探ることができた。この結果は平成13年10月開催の国際会議(CNT10)にて発表を行った。また、上記のようにして得られたMWCNTに対し,フォトリソグラフィー技術を用いることで電極の接続を行い,低温電気伝導の観測を可能にした。電気伝導測定は低温4.2Kから室温300Kまで、本研究費で導入の低温プローバーにて行っている。その結果、MWCNTの温度依存はべき乗則の振舞いを示し、1次元伝導である朝永-ラッティンジャー理論と比較することができ、その低次元伝導について詳細に議論することができた。この結果についてもCNT10にて報告を行った。また、このような3端子あるいは4端子における測定ではMWCNTの抵抗と電極との接触抵抗とを分離して解析を行うことができ、従来の2端子で行ってきた結果よりも精密にその電気特性を調べることができた。さらに、デバイス応用のためにFET構造によるゲート電圧特性についても研究を行い、今回のMWCNTの伝導キャリアーはp型であることがわかった。以上に加えて、多層の一部を電気的に破壊する試みについても実験を行い、破壊に関する基礎的な結果を得ることができた。これらの成果は、2002年春の物理学会等で発表の予定である。

Research Products

• [Publications] <Y.Ochiai>___-, R.Enomoto, S.Ishii, K.Miyamoto, Y.Matsunaga, <N.Aoki>___-: "Thermal Annealing in Multi-Wall Carbon Nano-Tube"Physica B. (発表予定). (2002)
• [Publications] R.Enomoto, K.Horiuchi, K.Miyamoto, Y.Matsunaga, <N.Aoki>___-, <Y.Ochiai>___-: "Low Temperature Magneto-Conductance in Multi-Wall Carbon Nano-Tube"Physica B. (発表予定). (2002)
• [Publications] R.Enomoto, <N.Aoki>___-, <K.Ishibashi>___-, <Y.Ochiai>___-: "Low-Temperature Magneto-Transport in Multi-Wall Carbon Nanotubes"Nanonetwork Materials. 273 (2002)
• [Publications] A.Ahailos, C.Prasad, M.Elhassan, R.Akis, D.K.Ferry, J.P.Bird, <N.Aoki>___-, L.-H.Lin, <Y.Ochiai>___-, <K.Ishibashi>___-, Y.Aoyagi: "Signatures of discrete level spectrum in temperature-dependent transport through open quantum-dot"Physical Review B. 64. 193302 (2001)
• [Publications] M.Elhassan, J.P.Bird, A.Shailos, C.Prasad, R.Akis, D.K.Ferry, Y.Takagaki, L.-H.Lin, <N.Aoki>___-, <Y.Ochiai>___-, <K.Ishibashi>___-, Y.Aoyagi: "Coupling-driven transport from multiple to single-dot interference in open quantum-dot arrays"Physical Review B. 64. 085325 (2001)
• [Publications] A.Ahailos, J.P.Bird, C.Prasad, M.Elhassan, L.Shifren, D.K.Ferry, L.-H.Lin, K.Nakao, <N.Aoki>___-, <Y.Ochiai>___-, <K.Ishibashi>___-, Y.Aoyagi: "Confinement-induced enhancement of electron-electron interactions in open quantum-dot array"Physical Review B. 63. 241302 (2001)