多層カーボンナノチューブにおけるバリスティック伝導の解明

多壁碳纳米管弹道传导的阐明

基本信息

批准号：
17651055
负责人：
神田晶申
金额：
$ 1.6万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

多層カーボンナノチューブ(MWNT)におけるバリスティック伝導の検証を目的として、以下の実験を行った。1.前年度のSiNメンブレン法(SiNM法)による電極形成では、(1)MWNTを任意に選択できない、(2)空気中で酸化しやすい金属は使えない、という欠点があった。そこで今年度は、基板上で良質なMWNTを選択し、それに対して電子ビームリソグラフィーと金属蒸着によって電極を接続する方法を用いることとし、電極設計を容易にするソフトウエアを開発した。さらにコンタクトを良くするために、電極金属蒸着の直前にアルゴンイオンシャワーで界面をクリーニングした。電極には低温で超伝導となるTi/Alを用い、超伝導近接効果についても調べた。室温での抵抗値は数kΩから十数kΩで、SiNM法の場合よりも大幅に低下させることができた。しかし低温では、ゼロバイアス近傍で抵抗値が上昇し、バリスティック伝導の兆候や超伝導近接効果は観測されなかった。2.対照実験として、グラファイト超薄膜や単層ナノチューブについても同様の実験を行った。その結果、両者とも超伝導近接効果が観測され、特に前者では超伝導電流の温度依存性はクリーンリミットの振る舞い、すなわち平均自由行程がソースドレイン電極間隔よりも長いバリスティック性を示唆ずる結果を示した。以上の結果を考慮すると、我々の用いたMWNTでは平均自由行程は電極間隔(0.2ミクロン程度)よりもきわめて短いと推察される。欠陥補修を目的として、1500度程度のアニールを行ったが、効果はなかった。今年度、フインランドのグループからMWNTにおける超伝導近接効果観測の報告がなされたが、電極形成プロセスや室温抵抗値は我々のものとほぼ同じであった。唯一異なるのはMWNT生成のプロセスである。バリスティック性実現のためには、今回は扱わなかった「生成方法の最適化」が肝要である可能性が高い。

进行以下实验来验证多壁碳纳米管 (MWNT) 的弹道传导。 1.前年使用SiN膜法（SiNM法）的电极形成方法存在以下缺点：（1）不能任意选择MWNT，（2）不能使用在空气中容易氧化的金属。因此，今年，我们决定在基板上选择高质量的MWNT，并使用电子束光刻和金属气相沉积将电极连接到它们，并开发了软件以方便电极设计。为了进一步改善接触，在电极金属沉积之前立即用氩离子喷淋清洁界面。电极由Ti/Al制成，在低温下会变得超导，并且还研究了超导邻近效应。室温下的电阻值从几kΩ到几十kΩ，明显低于使用SiNM方法获得的电阻值。然而，在低温下，电阻在零偏压附近增加，并且没有观察到弹道传导或超导邻近效应的迹象。 2. 作为对照实验，使用超薄石墨膜和单壁纳米管进行了类似的实验。结果，在两种情况下都观察到了超导邻近效应，特别是在前一种情况下，超导电流的温度依赖性表明了干净的极限行为，即平均自由程长于平均自由程的弹道特性。源极-漏极电极间距。考虑到上述结果，可以推断我们使用的MWNT的平均自由程比电极间距（约0.2微米）短得多。进行了1500度左右的退火来修复缺陷，但没有效果。今年，芬兰的一个小组报告了MWNT中的超导邻近效应观测，但电极形成过程和室温电阻与我们的几乎相同。唯一的区别是 MWNT 的生成过程。为了实现弹道特性，“生成方法的优化”很可能是必不可少的，而本文中并未涉及这一点。