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カーボンナノチューブ薄膜の複屈折特性

Birefringence properties of carbon nanotube membrane

単一カイラリティのカーボンナノチューブだけでできた薄膜は、フォトニクスや熱光学への応用が期待されています。ナノチューブ自体の光学異方性から、薄膜も異方的だと考えられます。しかし、異方的な複素屈折率スペクトルは報告されておらず、ナノチューブを使ったデバイスの光学設計を妨げる要因の一つでした。今回、我々は、偏光および角度分解反射測定系を構築し、ナノチューブ薄膜の異方的な複素屈折率スペクトルを実験的に決定しました。ナノチューブ薄膜は一軸性の複屈折物質で、表面垂直方向は垂直励起子に支配されていることがわかりました。本研究により、ナノチューブ薄膜を用いた、多様なフォトニック・デバイスや熱光学デバイスのより正確な設計が可能となります。

H. Wu, T. Nishihara*, A. Takakura, K.  Matsuda, T. Tanaka, H. Kataura, Y. Miyauchi*, Carbon 2023. http://dx.doi.org/10.1016/j.carbon.2023.118720

[関連文献]

西原大志*, 自作簡易エリプソ分光による熱ふく射物性計測, 熱物性, 2023, 37, 100–104.

カーボンナノチューブのカイラリティ分布におけるアノマリー

Anomaly in chirality distribution of carbon nanotubes

カーボンナノチューブには炭素配置が異なる種が無数に存在し（カイラリティ）、ナノチューブの物理特性を決める要因の一つとなっています。カイラリティが揃ったナノチューブを合成するためには、その成長機構を理解することが重要です。これまで、ナノチューブの成長と、触媒に接するチューブ端の炭素原子の配置に相関があることが理論的に予測されていましたが、それに関する十分な統計データが少なく、きちんとは検証されていませんでした。今回、我々は、迅速なカイラリティ決めが可能な広帯域レイリー分光法を開発し、413本のナノチューブのカイラリティ分布を統計的に検証しました。カイラリティ分布をカイラル角で整理し、ランダムな成長を考えた場合と比較すると、カイラル角が約20ºに明確なアノマリーを伴う増加を示しました。この結果は、アームチェア型端の配置に依存した成長速度を考えることで、上手く説明できることを明らかにしました。

T. Nishihara*, A. Takakura, K. Matsui, K. Itami, Y. Miyauchi*. Nano Lett. 2022. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c01473