カーボンナノチューブの配向を狙った場所だけ調整する新たな光プロセスを開発 〜サブマイクロスケールの空間解像度で局所制御、次世代半導体デバイス実現に期待〜

2026-08-05 東京理科大学,大阪大学,理化学研究所,科学技術振興機構

東京理科大学、大阪大学、理化学研究所などの共同研究グループは、無配向のカーボンナノチューブ(CNT)膜に偏光制御した超短パルスレーザーを照射し、狙った場所だけCNTの配向方向を高精度に制御する新たな光ポストプロセス技術を開発した。CNTは偏光方向に応じて光吸収が異なる性質を利用し、偏光と平行なCNTのみを非熱的なレーザーアブレーションで選択的に除去することで、照射部位に高配向構造を形成する。サブマイクロメートルの空間解像度を実現するとともに、配向度を示す2Dネマティック秩序パラメーター0.93、吸光度比24.7倍と、従来最高水準に匹敵する性能を達成した。さらに、低エネルギー照射では分散剤のみを除去してCNTの結晶品質を向上させる効果も確認された。本技術により、1つのチップ上へ異なる配向のCNTを高密度に集積できるようになり、テラヘルツ偏光イメージセンサーや高速・低消費電力ロジックデバイスなど次世代半導体技術への応用が期待される。

カーボンナノチューブの配向を狙った場所だけ調整する新たな光プロセスを開発 〜サブマイクロスケールの空間解像度で局所制御、次世代半導体デバイス実現に期待〜
図1:超短パルスによるカーボンナノチューブ配向制御のメカニズムと特性評価。

<関連情報>

フェムト秒パルス光後処理によるカーボンナノチューブフィルムの局所的な偏光誘導配向制御 Localized polarization-guided alignment control in carbon nanotube films via femtosecond-pulse optical post-processing

Daichi Suzuki,Yung-Chang Lin,Yuma Takida,Hideaki Nakajima,Kaori Fujii,Takaaki Abe,Naoko Kurihira,Teppei Araki,Masanori Koshino,Toshiya Okazaki,Hiroaki Minamide,Nao Terasaki & Taishi Nishihara
Nature Communications  Published:01 August 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-76305-w  Unedited version

Abstract

The physical properties of single-walled carbon nanotubes (CNTs) are highly sensitive to their alignment; therefore, making precise alignment control a central requirement for high-performance device architectures. However, conventional alignment techniques offer limited spatial programmability and remain inadequate for integrating heterogeneous CNT structures within a single film. Here, we report an optical post-processing technique to locally control the alignment of CNTs. We demonstrate that femtosecond-pulsed laser processing enables polarisation-guided alignment control of CNTs after film formation (post-processing). This process produces sub-micrometre scale locally aligned CNTs with thickness exceeding 200 nm and a nematic order parameter of 0.93 (strong directional order), demonstrating a high degree of orientational order and addressing a key bottleneck in spatially heterogeneous CNT integration. Additionally, these laser-aligned CNTs exhibit a direction-dependent optical and electrical response, functioning as a terahertz polariser with a polarisation ratio of 24.7; therefore, this technique enables the applications of CNT devices integrating heterogeneous structures like division-of-focal-plane polarisation cameras and on-chip polarisation routing.

0403電子応用
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