孤立単層カーボンナノチューブの光デバイス応用に向けた形態制御直接合成と光物性解明

用于光学器件应用的分离单壁碳纳米管的形态控制直接合成和光学特性阐明

基本信息

批准号：
08J03712
负责人：
宮内雄平
金额：
$ 5.76万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

本年はまず、クリーンかつ構造の制御された単一架橋単層カーボンナノチューブを用いた電界効果トランシスタ構造を安定的に作製する技術を確立した。本デバイスはナノチューブの両端にソース電極とドレイン電極を備え、基板のスリット内側がサイドゲートとして働く。本デバイスの実現により、ナノチューブのフェルミレベルを電界効果により直接制御すると同時に、レイリー散乱分光及びラマン散乱分光を行うことが可能となった。ゲート効率については、金属ナノチューブのラマン散乱スペクトルにおけるGモードの線幅がフェルミレベルに応じて変化する性質を利用して見積もる手法を確立した。上記の手法により作製した単一ナノチューブデバイスを用いて、レイリー散乱スペクトルのゲート電圧依存性を調べたところ、ゲート電圧を印加するとともに、金属ナノチューブ、半導体ナノチューブそれぞれについて励起子エネルギーのシフト及び線幅の増加が観測された。線幅の増加はキャリア密度の増加にほぼ比例しており、励起子と注入されたキャリアとの散乱による励起子寿命や位相緩和時間の短縮によるものと考えられる。励起子エネルギーのシフトについては、励起子の結合エネルギーと電子・電子反発エネルギーが共に変化したことに起因すると考えられる。特に半導体ナノチューブについては、金属ナノチューブよりも小さなゲート電圧でも大きなレイリー散乱スペクトル変化が観測され、レイリー散乱強度についても大幅な変調(最大約80%程度のレイリー散乱光強度減少)が可能であることが明らかになった。上記のように、キャリア注入により単一ナノチューブデバイスの光学特性の大幅な変調が可能であることが明らかになったことは、今後のナノチューブの光応用にとって非常に重要な意義を持つと考えられる。

今年，我们首次建立了一种使用清洁且结构可控的单交联单壁碳纳米管稳定制造场效应晶体管结构的技术。该器件在纳米管的两端具有源电极和漏电极，基板中的狭缝内部充当侧栅极。该装置的实现使得利用电场效应直接控制纳米管的费米能级并同时进行瑞利散射光谱和拉曼散射光谱成为可能。我们建立了一种利用金属纳米管拉曼散射光谱中的 G 模式线宽随费米能级变化的特性来估计栅极效率的方法。使用通过上述方法制造的单纳米管器件，我们研究了瑞利散射光谱的栅极电压依赖性，发现当施加栅极电压时，金属纳米管和半导体纳米管的激子能量偏移和线宽变化分别增加。。线宽的增加与载流子密度的增加大致成比例，并且被认为是由于激子和注入载流子之间的散射导致激子寿命和相位弛豫时间缩短。激子能量的变化被认为是由于激子结合能和电子/电子排斥能的变化造成的。特别是，对于半导体纳米管，即使栅极电压低于金属纳米管，也能观察到瑞利散射光谱的较大变化，并且可以显着调制瑞利散射强度（将瑞利散射光强度降低约80%）最多）。如上所述，通过载流子注入可以显着调制单个纳米管器件的光学特性的发现被认为对纳米管未来的光学应用具有非常重要的意义。

项目成果

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专利数量（0）

Nonradiative exciton decay dynamics in hole-doped single-walled carbon nanotubes

DOI：
10.1103/physrevb.81.033409
发表时间：
2010-01-01
期刊：
PHYSICAL REVIEW B
影响因子：
3.7
作者：
Matsuda, Kazunari;Miyauchi, Yuhei;Kanemitsu, Yoshihiko
通讯作者：
Kanemitsu, Yoshihiko

Simultaneous Rayleigh and Raman spectroscopy on suspended metallic single-walled carbon nanotubes under electrostatic gating

静电门控下悬浮金属单壁碳纳米管的同步瑞利和拉曼光谱

DOI：
发表时间：
2010
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yuhoi Miyauchi;Kazunari Matsuda;Yuki Yamamolo;Nantoshi Nakashima;Yoshihiko Kanemitsu;Y.Miyauchi;K.Matsuda;Y.Miyauchi;Y.Miyauchi;R.Matsunaga;Yuhei Miyauchi
通讯作者：
Yuhei Miyauchi

Symmetry-induced nonequilibrium distributions of bright and dark exciton states in single carbon nanotubes

DOI：
10.1103/physrevb.80.115436
发表时间：
2009-09
期刊：
Physical Review B
影响因子：
3.7
作者：
Ryusuke Matsunaga;Y. Miyauchi;K. Matsuda;Y. Kanemitsu
通讯作者：
Ryusuke Matsunaga;Y. Miyauchi;K. Matsuda;Y. Kanemitsu

Exciton radiative lifetimes and coherence lengths in single-walled carbon nanotubes

单壁碳纳米管中的激子辐射寿命和相干长度

DOI：
发表时间：
2009
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yuhoi Miyauchi;Kazunari Matsuda;Yuki Yamamolo;Nantoshi Nakashima;Yoshihiko Kanemitsu;Y.Miyauchi;K.Matsuda;Y.Miyauchi;Y.Miyauchi;R.Matsunaga;Yuhei Miyauchi;Y.Miyauchi;松田一成;松田一成;松永隆佑;Y.Miyauchi;宮内雄平;宮内雄平;Y. Miyauchi;Y.Miyauchi
通讯作者：
Y.Miyauchi

単層カーボンナノチューブの輻射寿命

单壁碳纳米管的辐射寿命

DOI：
发表时间：
2008
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yuhoi Miyauchi;Kazunari Matsuda;Yuki Yamamolo;Nantoshi Nakashima;Yoshihiko Kanemitsu;Y.Miyauchi;K.Matsuda;Y.Miyauchi;Y.Miyauchi;R.Matsunaga;Yuhei Miyauchi;Y.Miyauchi;松田一成;松田一成;松永隆佑;Y.Miyauchi;宮内雄平;宮内雄平;Y. Miyauchi;Y.Miyauchi;宮内雄平
通讯作者：
宮内雄平