電子線重合C60ナノ薄膜の
金属的電気特性を発見
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ナノマテリアル研究所 |
東京工業大学 |
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電子線重合C60ナノ薄膜の 金属的電気特性を発見 |
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| フラーレン分子Ｃ60は、60個の炭素原子からなる直径0.7nm程度の安定なナノクラスターです。最近は、同じく炭素原子からなるカーボンナノチューブ（CNT）の優れた特性に注目が集まっていますが、次の二つの点で、Ｃ60分子は依然として魅力的な炭素系ナノ材料と言えます。 第一に、精製技術および量産技術がすでに確立しています。この点で、CNTは未解決の課題を多く抱えています。第二に、CNTに比べるとＣ60分子の質量は小さく、あたかも原子のように扱えます。そのため、超高真空分子線エピタキシー法などの既存技術を利用することが可能です。 Ｃ60分子を将来のナノスケール電子デバイスで利用する上では、分子１〜100個程度の厚みしか持たないＣ60ナノ薄膜や、同程度の幅しか持たないＣ60ナノワイヤーなどの電気特性が重要です。しかし、ナノスケール集合体に対する一様な不純物添加は困難で、ナノスケール集合体の電気特性が実際に計測された例はありませんでした。 私達は、不純物を添加することなくＣ60集合体の電気特性を制御する研究を進めています。今回、超高真空中で電子線を照射したＣ60ナノ薄膜内の分子間結合をフーリエ変換赤外吸収分光法によって解析したところ、Ｃ60分子間に特徴的な結合が誘起され（図１）、Ｃ60重合ナノ薄膜となることを確認しました。そこで、多探針走査トンネル顕微鏡の４本の金属探針を用いて（図２の挿入図）、室温・大気下における電気伝導度の直接計測を行いました。その結果、抵抗率は重合前に比べて８〜14桁以上小さい１〜10Ω・cmで、この特性は室温・大気下で保持されることを突き止めました。 電子線重合Ｃ60ナノ薄膜と金属電極との接合はオーミック特性を示します（図２）。また、トンネル分光法によって、フェルミレベルに存在する電子状態密度を確認しています。これらの特徴は、Ｃ60重合ナノ薄膜の金属的電気特性を示しています。ただし、抵抗率は金属にはまだまだ及ばず、抵抗率を下げることが今後の課題です。 これらの結果は、ナノスケール電子デバイスへのＣ60分子利用に道を拓き、地球の豊富な炭素資源を活かしたエコロジーデバイスにもつながるものと期待しています。 |
| （本研究成果は、日刊工業新聞、日本工業新聞、日経産業新聞、化学工業日報、科学新聞の各紙に紹介されました。） |
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| 図１ 電子線照射によって誘起された分子間結合を表す模式図（2つの分子が重合した場合を示す） | 図2 Ｃ60重合ナノ薄膜（厚み70nm）の抵抗を直接計測した例．赤いデータは印加電圧に対して流れる電流が比例するオーミック特性を示し、青いデータは薄膜の抵抗を示している．挿入図は計測中の様子 |
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