Bandgap renormalization in suspended carbon nanotube devices

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2020年度は、昨年度より引き続き、光伝導度分光によりバンドギャップ収縮の物理を明らかにするため、単一の架橋カーボンナノチューブを組み込んだ電界効果トランジスタ構造の光伝導度分光測定に取り組んだ。また、測定を進めていたところ、電極金属により分子吸着にかかる時間が変わることが分かったため、この現象についても調査を進めた。光伝導度分光測定については、昨年度と同様にクリーンルームにおける半導体微細加工により電界効果トランジスタ構造を作製し、フォトルミネッセンス顕微分光測定によりデバイスを選別した上でフォトルミネッセンス励起分光と光伝導度分光の同時測定に取り組み、カーボンナノチューブにおけるバンドギャップ収縮に対する分子吸着の影響について調査した。加熱により分子脱離状態を作り、大気暴露により分子を吸着させ、光伝導度スペクトルおよびフォトルミネッセンス励起分光スペクトルを比較することで、分子吸着前後の励起子エネルギーの変化を測定した。このような実験を実施していたところ、電極金属が分子吸着にかかる時間に影響を及ぼしていることが分かった。水分子が吸着するまでにかかる時間を長くすることが出来れば、より効率的にデータが収集できるため、この現象について系統的な調査を進めた。電極金属の位置や面積を変えた試料を作製し、発光エネルギーの経時変化を調べた。試料を合成炉から取り出した後、分子が吸着して発光が赤方偏移するまでに、数時間程度を要することが分かった。さらに、分子吸着までにかかる時間を多数のカーボンナノチューブについて測定したところ、発光波長が長いほど赤方偏移するまでの時間が短いことが明らかになった。発光波長はカーボンナノチューブの直径におおよそ比例して長くなるため、この実験結果は直径が大きいカーボンナノチューブほど早く分子が吸着することを示唆している。