プラズマイオン照射による新機能性進化ナノチューブ創製法の開発

1.アルカリ金属正イオンとC_負イオンから成るフラーレンプラズマ(Cs^+-C_^-)中に,空の単層カーボンナノチューブ(SWNT)束を装着した基板を挿入し,それに負又は正の直流バイアスを印加しエネルギー制御してCs^+又はC_^-を注入し,アルカリ金属内包SWNT(Cs@SWNT)及びC_@SWNTを初めて創製した.さらに,極性反転バイアス印加実験により,両者の接合をSWNT内部空間に形成し,進化ナノチューブ〔(Cs/C_)@SWNT〕を初めて創製した. 2.アルカリ金属(電子ドナー)に対してハロゲン元素(電子アクセプター)を対象とするために,塩類のCsIを用いたマグネトロン放電により,正と負イオンのみから成る新しいアルカリ-ハロゲンプラズマ(Cs^+-I^-)を生成した後,基板バイアス制御法を実践し,ハロゲンを内包したI@SWNT,及びCsとIの接合を包み込んだ進化ナノチューブ〔(Cs/I)@SWNT〕〕を初めて創製した. 3.創製された内包SWNTの電気特性を電界効果トランジス(FET)配位で測定し,その電子物性・新機能性を明らかにした.すなわち,C_@SWNTはp型の半導体特性を示したのに対して,Cs@SWNTにおいてはCs注入量が増加する共にp型から両極性を経てn型へと伝導特性が推移していくことが初めて見出された.また,アルカリ金属が内包されることによりCs@SWNTが大気中でも安定に動作することが初めて実証された.一方,低温下で測定した結果,CsやC_の内包状態における不均一性に起因する単一電子トンネリング現象のクーロン振動が初めて観測された. 4.ハロゲン内包SWNTにおいては,I^-照射時間が増加すると共にp型伝導特性を示すゲート電圧の閾値が正方向にシフトし,電子アクセプターの内包によりp型の特性が一層増強されることが明らかになった.最後に,Cs/I列接合内包SWNT[(Cs/I)@SWNT]]の電気特性を測定すると,ナノpn接合のダイオード特性が得られたので,進化ナノチューブは原理的には超超微細非線形電子素子としての新機能性を秘めていると言える.