Selective alignment of semiconducting single-walled carbon-nanotubes grown on quartz single crystal surfaces

石英単結晶表面上における半導体単層カーボンナノチューブの選択的配向

下山 巖   ; Li, X.*; 嶋田 行志*

Shimoyama, Iwao; Li, X.*; Shimada, Takashi*

近年、石英やサファイアなどの単結晶表面のステップ列や結晶構造をテンプレートにして単層カーボンナノチューブ(SWNTs)を配向させながら合成する手法が幾つかのグループにより報告された。これらの報告は大規模配向SWNTs薄膜を簡便に形成できる手法として注目を集めている。そこでわれわれはその配向メカニズムの詳細を調べるため、ラマン散乱分光の偏光依存性を調べた。エタノールを用いた化学気相蒸着(アルコールCVD)法を用いてミスカット石英単結晶表面上に配向成長させたSWNTsに対し、782nmの励起波長でGバンドの偏光依存性を測定したところ、偏光条件や励起波長によらず高周波数(1590cm)付近のGバンドの方が低周波数領域(1575cm)のGバンドよりも大きい偏光依存性を示した。さらにわれわれはストークス及びアンチストークスラマン散乱過程によるGバンドの偏向依存性を比較し、Gバンド内の半導体SWNTs成分が金属SWNTsよりも大きい偏光依存性を示す結果を得た。これは石英単結晶上で半導体SWNTsが優先的に配向していることを示唆する初めての発見である。

It has been reported that single-walled carbon-nanotubes (SWNTs) align on several single crystal surfaces with chemical vapor deposition. In order to investigate the alignment mechanism, we measured polarization-dependent Raman spectra of aligned SWNTs formed on quartz single crystal surfaces. High- and low-frequency components in tangential vibration modes of Raman spectra, i.e., G (1590cm) and G bands (1575cm), exhibited different magnitudes of polarization dependence. High-frequency G band always showed larger polarization dependence than low-frequency G band independently of polarization configuration, resonant excitation condition, and growth condition. Base on these results, we concluded that different polarization dependences between G and G bands originated from different orientations of semiconducting and metallic SWNTs. This suggests that semiconducting SWNTs selectively align on quartz crystal surfaces.