走査型電子顕微鏡内マニピュレーションによるカーボンナノチューブの電子物性測定

使用扫描电子显微镜操作测量碳纳米管的电子特性

• 批准号: 14655125
• 负责人: 秋田 成司
• 金额: $ 1.86万
• 依托单位: Osaka Prefecture University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14655125/
• 关键词: カーボンナノチューブ; ナノチューブ伝導機構; ナノマニピュレーション; 量子化コンダクタンス; ファンデアワールス力; ナノ摩擦; ナノメカニクス; ナノファクトリー

カーボンナノチューブの電気伝導は非常に特異であるが実験的に明らかにされていない点が多い。このような、多層ナノチューブの伝導機構を解明するにあたり、電極とナノチューブの界面の影響をしらべ最適な電極形成法を探索すること、応力をナノチューブに加えた時の伝導状態の変化について調べることを目的とし、走査型電子顕微鏡(SEM)に独立した3つのマニピュレータをもつナノファクトリーにより実験を行った。1.ナノチューブと電極界面の最適化ナノチューブの電極との接触は以下のようなプロセスで著しく向上することを見出した。1)ナノファクトリー内で、ナノチューブを電極に接触した後、2)その界面に電子ビーム照射による非晶質カーボン薄膜を局所的に堆積する。この時点では2端子抵抗は数百kΩである。3)2端子間に数Vの電圧を印加し、数μAの電流を流す。これにより、接触部での電力消費による発熱ために接触が改善する。この時点で2端子抵抗は数十kΩである。4)3)のプロセス中に電子ビームをスポット照射する。カーボン薄膜堆積中の温度が高いために高品質なカーボン薄膜の堆積が期待できる。これにより、2端子抵抗は13kΩとほぼ量子化コンダクタンスと同等の良好な接触を形成することに成功した。2.外部応力下における伝導測定真空中で多層ナノチューブに100μA以上の過剰電流を流すと電極中央部付近のナノチューブ外層から制御良く一層ずつ剥離し、ラジオの伸縮するアンテナのような形状にすることに成功した。この状態で、両端の電極を遠ざける方向に移動(ナノチューブ両端を引っ張る)すると多層ナノチューブの内層が外層から引き抜けることを見出した。さらに、引き抜き時の力の測定から内層と外層界面が理想的な状態を保つことがわかった。また、伸縮時の抵抗はのびに比例することを実験的に明らかにし、ナノ変位測定器としての可能性を示した。

碳纳米管的导电性非常独特，但还有很多方面尚未通过实验阐明。为了阐明多壁纳米管的导电机理，我们旨在研究电极与纳米管之间界面的影响，寻找最佳的电极形成方法，并研究当纳米管受到应力时导电状态的变化。实验是使用配备扫描电子显微镜（SEM）和三个独立机械手的纳米工厂进行的。 1.纳米管-电极界面的优化我们发现通过以下过程显着改善了纳米管与电极之间的接触。 1)使纳米管与纳米工厂中的电极接触后，2)通过电子束照射在界面上局部沉积非晶碳薄膜。此时两端电阻为数百kΩ。 3) 在两个端子之间施加数V的电压并流过数μA的电流。这改善了由于接触部分处的电力消耗而产生的热量所导致的接触。此时两端电阻为数十kΩ。 4)在3)的过程中用电子束进行点照射。由于碳薄膜沉积期间的温度高，因此可以期望沉积高质量的碳薄膜。结果，我们成功地形成了良好的接触，两端电阻为13 kΩ，几乎相当于量子化电导。 2. 外应力下的导通测量当在真空中对多层纳米管施加100μA或更大的过量电流时，靠近电极中心的纳米管外层在良好控制下一次剥落一层。方式，形成类似于伸缩无线电天线的形状。在这种状态下，发现当两端的电极彼此远离(通过拉动纳米管的两端)时，多壁纳米管的内层被从外层拉出。此外，拉出过程中力的测量表明内层和外层之间的界面保持理想状态。我们还通过实验证明了膨胀和收缩过程中的阻力与伸长率成正比，证明了其作为纳米位移测量装置的潜力。