DE10243111A1 - Nanoröhre aus mehrelementigen Oxidsystem - Google Patents

Nanoröhre aus mehrelementigen Oxidsystem

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DE10243111A1
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Yoshiyuki Niwatsukino
Satoshi Tanda
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Abstract

Eine Nanoröhre aus einem mehrelementigen Oxidsystem, welche neuartige Charakteristika aufweist und von der erwartet wird, Anwendung in einer Vielfalt von Vorrichtungen zu erlangen, weist ein mehrelementiges Oxidsystem auf, welches zumindest eines der Elemente Bi, Y, La und Sc als eine Komponente aufweist und welches einen Röhrendurchmesser von weniger als 1 x 10·-6· m aufweist.

Description

  • Die Erfindung schafft eine Nanoröhre, welche aus einem mehrelementigen Oxidsystem als Material ausgebildet ist und welche einen Röhrendurchmesser von weniger als 1 × 10-6 m aufweist.
  • Mehrelementige Oxidsysteme schließen solche Materialien ein, welche Eigenschaften von Supraleitern, ferromagnetischen Substanzen und ferroelektrischen Substanzen haben. Unter diesen sind Metall-Oxidsystem-Supraleiter-Materialien neuartige Hochtemperatur-Supraleiter-Materialien, an welchen jetzt in verschiedenen Ländern der Welt nachdrücklich Forschungen durchgeführt wurden. Berichte über Bestandteils- Materialien von verschiedenen Supraleiter-Materialien und deren Zusammensetzungen, um einen Null-Widerstands-Punkt von einer kritischen Übergangstemperatur (Tc) auf eine höhere Temperatur anzuheben, wurden eingereicht. Beispiele solcher Supraleiter-Materialien sind mehrelementige Oxidsysteme, wie zum Beispiel ein Y-Ba-Cu-O-System, ein La-Ba-Cu-O-System, ein La-Sr-Cu-O-System, ein Sc-Ba-Cu-O-System und ein Bi-System.
  • Dünnfilme aus mehrelementigen Oxidsystemen wurden in der Vergangenheit mittels Verfahren wie CVD (Chemical Vapor Deposition), Sputterns und PLD (Pulsed Laser Deposition) ausgebildet.
  • Zum Beispiel offenbart die offengelegte japanische Patentanmeldung JP-A-2-196098 ein Verfahren zum Ausbilden eines Dünnfilms eines Oxid-Hochtemperatur-Supraleiters in dem ein sauerstoffhaltiges Hochtemperatur-Gas darübergeblasen wird und gleichzeitig mittels eines Laserstrahls bestrahlt wird. Der Dünnfilm wurde als Verkabelung und Vorrichtungen in integrierten Schaltkreisen verwendet.
  • Takeshi SASAKI et al., "Preparation of Metal Oxide Nanoparticles by Laser Ablation" Laser Review June 2000, S. 348-353, beschreibt ein Verfahren zum Herstellen von Nano-Mikro-Partikeln aus Metalloxiden mittels Laserablation. Die Mikropartikel der Metalloxide haben extrem einzigartige physikalische und chemische Eigenschaften, wenn sie mit Bulkmaterialien verglichen werden. Zum Beispiel haben magnetische Oxid Nano-Mikro-Partikel aus Eisen und Kobalt- Oxiden magnetische Eigenschaften wie zum Beispiel super-paramagnetische Eigenschaften und Quanten-Tunnel- Magnetisierung und ihre Anwendung auf magnetisches Aufzeichnen, magnetische Fluide und medizinische Gebiete werden erwartet. Ein Nano-Stirnflächen-Sensor, welcher eine hochdichte Grenzfläche der Nano-Mikropartikel verwendet, ist ein anderes Gebiet der erwarteten Anwendung.
  • Andererseits offenbart, Fumio KOKAI et al., "Synthesis of Single-Wall Carbon Nanotubes by Laser Vaporization and Its Dynamic Process", Laser Review June 2000, S. 342-347, ein Verfahren zum Synthetisieren einer einschichtigen Kohlenstoff- Nanoröhre mittels Laserverdampfung. Die Kohlenstoff-Nanoröhre ist eine zylindrische Substanz, welche eine einzelne Atomlage aus Graphit aufweist und es sind Kohlenstoff-Nanoröhren bekannt, welche eine Vielschichtstruktur und eine Einzelschichtstruktur haben. Es ist auch bekannt, dass Kaolin (Al2SiO5) als ein Mitglied der gleichen Gruppe wie Mika einen Ringkristall aufweist.
  • Jedoch wurden bisher keine mehrelementigen Oxidsysteme, welche die Nanoröhrenform annehmen, hergestellt. Wenn die Nanoröhre aus mehrelementigen Oxidsystemen ausgebildet werden kann, ist die Wahrscheinlichkeit extrem hoch, dass neuartige Eigenschaften entdeckt werden, und die Anwendung auf verschiedenen elektronischen Vorrichtungen und die Ausdehnung der Anwendung auf verschiedene andere Gebiete werden erwartet. Es wird zum Beispiel möglich sein, Supraleiter-Röhren, welche einen Durchmesser von weniger als Hunderte von Nanometern haben, Mikro-SQUID (eine Art von magnetischen Sensoren, welche einen Quanteninterferenz-Effekt ausnutzen) und Nano- Supraleiter-Vorrichtungen herzustellen.
  • Mit dem oben beschriebenen Hintergrund ist die Erfindung darauf gerichtet, eine Nanoröhre aus einem mehrelementigen Oxidsystem zu schaffen, welche neuartige Eigenschaften aufweist und deren Anwendung auf eine Vielfalt von Vorrichtungen erwartet wird.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung zum Erreichen des Ziels wird eine Nanoröhre geschaffen, welche ein mehrelementiges Oxidsystem aufweist, welches zumindest eines der Elemente Bi, Y, La und Sc als eine Komponente davon enthält, und welche einen Röhrendurchmesser von weniger als 1 × 10-6 m hat. Die Nanoröhre gemäß der Erfindung ist eine neuartige Substanz, welche in der Vergangenheit nicht existiert hat, und ihre Anwendung wird mittels Verwendens ihrer Eigenschaften als Supraleiter, ferromagnetische Substanz oder ferroelektrische Substanz im Bereich der integrierten Schaltkreise niedrigen Verbrauchs, magnetischen Aufzeichnens, magnetischer Fluide, Speicher großer Kapazität und medizinischen Gebieten erwartet.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Nanoröhre mittels Durchführens von Laserablation, unter Verwenden eines Pulslasers in einer Gasatmosphäre, welche einen Druck von 0,1 atm oder mehr hat, und unter Verwenden eines mehrelementigen Oxidsystems, welches eine laminare zweidimensionale Struktur hat, als Target erzeugt, wobei ein Röhrendurchmesser weniger als 1 × 10-6 m ist. Die Nanoröhre, von welcher erwartet wird, die neuartigen Eigenschaften bereitzustellen, kann mittels solch eines Laserablationsverfahrens einfach ausgebildet werden.
  • In der Nanoröhre gemäß der Erfindung kann das mehrelementige Oxidsystem ein aus einer Gruppe ausgewähltes sein, welche ein Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O-System, ein Bi-Sr-Ca-Cu-O-System, ein Bi-Sr-Cu-O-System, ein Bi-Pb-Sr-Cu-O-System, ein Y-Ba-Cu-O- System, ein La-Ba-Cu-O-System, ein La-Sr-Cu-O-System und ein Sc-Ba-Cu-O-System einschließt. Es werden Nanoröhren erwartet, welche abhängig von der Auswahl der mehrelementigen Oxidsysteme verschiedene Eigenschaften haben.
  • In dem Fall, in dem die Laserablation durchgeführt wird, ist eine Gastemperatur vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 0°C bis 40°C. Diese Temperatur kann leicht eingestellt werden und ein Herstellungsprozess wird leichter ausführbar. In der Laserablation ist eine Pulsdauer des Pulslasers vorzugsweise 1 × 10-6 s oder weniger. Wenn ein Laserstrahl, welcher eine solche Pulsdauer hat, ausgestrahlt wird, kann eine Targetoberfläche innerhalb einer kurzen Zeit stark angeregt werden.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt und wird im Weiteren näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • Fig. 1 eine Kristallstruktur eines Targets, welches gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zum Herstellen einer Nanoröhre aus einem mehrelementigen Oxidsystem verwendet wird;
  • Fig. 2 eine Ansicht, welche hilfreich zum Erklären eines Herstellungsverfahrens und einer Herstellungsvorrichtung einer Nanoröhre aus einem mehrelementigen Oxidsystems ist, gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • Fig. 3 eine Transmissions-Elektronen-Mikroskopaufnahme (TEM-Aufnahme) einer Nanoröhre aus einem mehrelementigen Oxidsystem, welche gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung erlangt wurde;
  • Fig. 4 eine Photographie, welche ein Diffraktionsmuster der Nanoröhre des mehrelementigen Oxidsystems zeigt, welche gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung erlangt wurde.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden detailliert unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren beschrieben.
  • Eine Nanoröhre gemäß einen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird mittels Durchführens von Laserablation ausgebildet, wobei ein mehrelementiges Oxidsystem als Target verwendet wird, welches eine laminare zweidimensionale Struktur hat.
  • Die laminare zweidimensionale Struktur entspricht solchen Strukturen, welche eine so genannte "laminare Perowskit- Struktur" einschließen. Ein Beispiel für die laminare zweidimensionale Struktur, welche die laminare Perowskit- Struktur enthält, wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 erklärt. Fig. 1 zeigt eine Kristallstruktur eines Bi-Sr-Cu-O-Systems als mehrelementiges Oxidsystem. Sechs Sauerstoffatome umgeben ein Kupferatom, um eine achtflächige Perowskit-Struktur "p" auszubilden. Zwei Strontiumatome sind in solch einer Weise im Zentrum von vier Perowskit-Strukturen angeordnet, welche in einer Ringform angeordnet sind, dass sie mit einer Zentralachse des Ringes zusammenfallen. BiO-Ebenen, welche aus Bismutatomen und Sauerstoffatomen ausgebildet sind, sind in solch einer Weise angeordnet, dass sie von Oben und Unten eine Struktur "q", welche mittels vier Perowskit-Strukturen "p" und zwei Strontiumatomen gebildet werden, einschließen. Eine Mehrzahl von strukturellen Einheiten "r", welche BiO-Ebenen oberhalb und unterhalb der Struktur "q" aufweisen, sind so angeordnet, dass sie in der Figur in einer longitudinalen Richtung wechselweise gegeneinander verschoben sind, um die laminare Perowskit-Struktur auszubilden. Hier überlappen die BiO-Ebenen an den Grenzen der zwei benachbarten strukturellen Einheiten "r" miteinander. Jedoch sind diese BiO-Ebenen mittels einer schwachen von der Waals Kraft gebunden und es ist wahrscheinlich, dass die Struktur sich in einer laminaren Form von den BiO-Ebenen ablöst.
  • Das Prinzip der Ausbildung der Nanoröhren in diesem Ausführungsbeispiel ist vermutlich wie folgt. Die laminare zweidimensionale Struktur schält sich, wegen der von Außen in ein schichtähnliches Material angelegten Energie, in der laminaren Form von den oben beschriebenen BiO-Ebenen und dieses schichtähnliche Material rollt sich zusammen und seine Enden verbinden sich miteinander, um die Nanoröhre auszubilden.
  • Der Ausdruck "mehrelementiges Oxidsystem" repräsentiert solche Oxide, welche zumindest zwei Arten von Atomen und Sauerstoff enthalten und Beispiele enthalten, ein Y-Ba-Cu-O-System, ein La-Ba-Cu-O-System, ein La-Sr-Cu-O-System, ein Sc-Ba-Cu-O- System und ein Bi-System.
  • Typische Beispiele des Bi-System-Materials, welches die laminare Perowskit-Struktur aufweist, sind ein Bi-2223-System (Bi2Sr2Ca2Cu10, Bi2Sr2Ca2Ca3CuO10), ein Bi-2212-System (Bi2Sr2Ca1Cu2O8, Bi2Sr2Ca1Ca2CuO8) und ein Bi-2201-System (Bi2Sr2CuO6). Die Supraleitungs-Übergangstemperatur ist 120 K für das Bi-2223-System und 85 K für das Bi-2212-System. Das Bi-2201-System weist keinen Übergang auf. Diese Materialien können mittel Pb dotiert werden, um die thermische Stabilität bei hohen Temperaturen zu verbessern.
  • In diesem Ausführungsbeispiel wird ein Laserablationsprozess verwendet, wobei Pulslaser mit oben beschriebenen mehrelementigen Oxidsystemen als Target verwendet werden. Der Ausdruck "Laserablation" repräsentiert ein Phänomen, bei welchem ein Material, welches Strahlenergie absorbiert, explosiv verdampft und vergast wird, wenn eine Oberfläche eines Targets an einem Kondensorabschnitt mittels Konzentrierens des Laserstrahls auf das Target in einen geschmolzenen Hochtemperaturzustand gebracht wird und gasförmige Partikel (Anregungs-Atome, Anregungs-Moleküle und Ionen) emittiert werden. Die so emittierten gasförmigen Partikel erzeugen einen Hochtemperatur-Hochdruck-Zustand und emittieren Licht. Dieser Lichtemissions-Abschnitt wird als "Wolke" bezeichnet. Die gasförmigen Partikel stoßen ferner mit dem Atmosphärengas zusammen, werden gekühlt und kondensiert, haften an und werden auf der Oberfläche eines Substrats abgelagert, so dass Mikropartikel, wie zum Beispiel ein Dünnfilm, ausgebildet werden. Ein Verfahren zum Ausbilden der Mikropartikel, wie zum Beispiel eines Dünnfilms, mittels Verwendens von Laserablation wird "Laserablationsprozess" genannt.
  • Als Nächstes wird, unter Bezugnahme auf Fig. 2, detailliert ein Herstellungsverfahren einer Nanoröhre gemäß dem Ausführungsbeispiel beschrieben werden.
  • Ein Target 1 und ein Probensubstrat 2 sind, wie in Fig. 2 gezeigt, in einem vorgegebenen Positionierungsverhältnis zueinander angeordnet. Das Target 1 weist als seine Komponente ein mehrelementiges Oxid auf, welches eine laminare zweidimensionale Struktur hat. Ein pulsähnlicher Laserstrahl 5 wird mittels Verwendens des Pulslasers aus einer schrägen Richtung auf das Target 1 abgestrahlt und gasförmige Partikel werden von dem Target 1 emittiert. Die so emittierten gasförmigen Partikel bilden eine Wolke 3 als einen Lichtemissions-Abschnitt in einem Hochtemperatur-Hochdruck- Zustand aus. Die gasförmigen Partikel werden abgekühlt, während sie mit den Atmosphärengas außerhalb der Wolke 3 zusammenstoßen, wobei sie einen Aggregationsbereich 4 ausbilden. Innerhalb des Aggregationsbereichs 4 ist das Probensubstrat 2 angeordnet und die so angesammelten gasförmigen Partikel haften an und werden auf der Oberfläche der Probensubstrat 2 deponiert.
  • Wenn die gasförmigen Partikel als Materialgas in einer ausreichenden Dichte vorkommen, häufen sich diese Mikropartikel bei einer hohen Temperatur weiter an und bilden die Nanoröhre aus. In dem Ausbildungsprozess der Nanoröhrenpartikel mittels des Laserablationsprozesses, bei dem das mehrelementige Oxidsystem als ein Target verwendet wird, schälen sich die laminaren zweidimensionalen Strukturen in der laminare Form, wie in Fig. 1 gezeigt, zu dem schichtähnlichen Material ab. Da die chemischen Spezies wie die Atome und die Moleküle, welche mittels Laserablation erzeugt werden, in dem Atmosphärengas wachsen, rollt sich das schichtähnliche Material zusammen und seine Enden verbinden sich miteinander, womit die Nanoröhren ausgebildet werden. Der Durchmesser der so ausgebildeten Nanoröhre ist kleiner als 1 × 10-6 m.
  • Das Atmosphärengas verteilt die so ausgebildeten Nanoröhren auf einen beträchtlich weiten Bereich. Daher gibt es für die Installationsposition des Probensubstrats 2 zum Zurückgewinnen der resultierenden Nanoröhre eine große Freiheit und es wird vorzugsweise eine optimale Position ausgewählt, wobei Sammeleffizienz der Nanoröhren und Materialeigenschaften berücksichtigt werden. Wenn zum Beispiel die Installationsposition das Probensubstrat 2 zu nah an der Laser-Bestrahlungsposition auf dem Target 1 ist, haften die gasförmigen Partikel an und werden an der Oberfläche des Probensubstrats deponiert, während sie im Mikropartikel- Zustand verbleiben. In diesem Fall wird keine Nanoröhre ausgebildet, oder die Nanoröhre, welche einmal ausgebildet wurde, erleidet thermischen Beschädigung und wird gebrochen.
  • Vorzugsweise ist der Abstand zwischen dem Probensubstrat 2 und der Laser-Bestrahlungsposition innerhalb des Bereiches von 5 cm bis 20 cm. Ferner ist das Probensubstrat 2 vorzugsweise an einer Position innerhalb eines Kegels mit 60 Grad Öffnungswinkel, wobei die Spitze des Kegels an der Laser- Bestrahlungsposition angeordnet ist.
  • Als Pulslaser kann das oben beschriebene Herstellungsverfahren KrF-Excimerlaser, ArF-Excimerlaser oder F2-(Fluormolekül) Laser verwenden. Hier ist, um die Targetoberfläche innerhalb einer kurzen Zeit stark anzuregen, die Pulsdauer des Laserstrahls vorzugsweise 1 µs (1 × 10-6 s) oder weniger. Die wiederholungsfrequenz der Pulse ist vorzugsweise 1 Hz bis 50 Hz.
  • In diesem Ausführungsbeispiel ist die Gasatmosphäre, in welcher die Reaktion stattfindet, Umgebungsluft (Luft als Gasspezies mit einem Gasdruck von ungefähr 1 atm und einer Reaktionstemperatur von Raumtemperatur), aber Laserablation kann innerhalb einer Atmosphäre durchgeführt werden, welche eine vorgegebene Gasspezies enthält. Beispiele solch einer vorgegebenen Gasspezies sind Sauerstoff, Stickstoff und Kohlendioxid. Wenn jedoch Laserablation innerhalb einer vorgegebenen Gasspezies ausgeführt wird, wird ein Gasgefäß benötigt, welches die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung vollständig einschließt. Um die Anzahl der Zusammenstöße zwischen den gasförmigen Partikeln und dem Atmosphärengas zu erhöhen ist der Druck des Atmosphärengases vorzugsweise 0,1 atm oder mehr. Wenn auf der anderen Seite die Stärke des Gasgefäßes berücksichtigt wird, ist der Druck der Gasatmosphäre vorzugsweise 10 atm oder niedriger. Die Temperatur des Atmosphärengases ist vorzugsweise zwischen 0°C und 40°C.
  • Die Erfindung wird konkret unter Bezugnahme auf ein Beispiel derselben erklärt.
  • Ein Einkristall aus Bi1,9Pb0,2Sr1,9CuO6, welcher mittels Dotierens eines Bi2Sr2CuO6 mit Blei ausgebildet wurde, wurde mittels eines self-flux-Verfahrens als ein Material des Targets ausgebildet, wobei CuO als ein Flux verwendet wurde, welches im Überfluss Pulver von Rohmaterialien enthält, welche in einem Tiegel zermahlen und vermischt wurden. Weil Bi2Sr2CuO6 instabil gegen hohe Temperaturen während des Kristallausbildungsprozesses ist, wurde, um die Stabilität zu erhöhen, mit Blei dotiert. Das Target hat einen Durchmesser von ungefähr 10 mm und eine Dicke von etwa 3 mm. Dieses Target wurde, wie in Fig. 2 gezeigt, in Umgebungsluft installiert. Die Temperatur war mit ungefähr 25°C nahe der Raumtemperatur.
  • Das Probensubstrat war ein Mikrogitter-Netz (hierin nachfolgend als "TEM-Netz" bezeichnet) zur Transmissions- Elektronen-Mikroskop (TEM) Beobachtung. Das TEM-Netz wurde an einer Position von 5 cm bis 20 cm oberhalb des Targets unter einem Winkel von 45 Grad zu einer optischen Laser- Bestrahlungsachse angeordnet.
  • Zum Durchführen der Laserablation wurde ein pulsähnlicher Laserstrahl mittels Verwendens eines KrF Excimerlaser auf die Targetoberfläche abgestrahlt. Hier hatte der Laserstrahl eine Wellenlänge von 248 nm, eine Pulsdauer von 30 ns (HWHM) und eine Pulswiederholungsfrequenz von 10 Hz. Im Verlauf von 5 Minuten wurde ein Laserstrahl von etwa 3.000 Pulsen ausgestrahlt. Die Intensität des Laserstrahls, welcher auf die Targetoberfläche einfiel, war 800 mJ/cm2.
  • Als nach dem Ausführen der Laserablation eine TEM-Beobachtung des Probensubstrats vorgenommen wurde, wurde ein Anhaften von mehrelementigen Oxidsystemen an allen Positionen des Probensubstrats erkannt. Folglich wurde bestätigt, dass die in dem Atmosphärengas gewachsenen Nanoröhren über einen breiten Bereich verteilt werden. Jedoch variiert abhängig von dem Abstand zu der Laser-Bestrahlungsposition eine Sammelausbeute der mehrelementigen Oxidsysteme. Das TEM-Netz war an Positionen nahe dem Target teilweise gebrochen. Dies ist vermutlich deswegen, weil die gasförmigen Partikel in der Nähe des Targets im Hochtemperatur-Zustand waren und dem TEM-Netz thermischen Schaden zufügten.
  • Fig. 3 zeigt eine TEM-Aufnahme eines mehrelementigen Oxidsystems, welches an das Probensubstrat anhaftet. In Fig. 3 wird bestätigt, dass ein dünnes längliches Objekt, welches eine Länge von etwa 1 µm und eine Dicke von etwa 200 nm aufweist, abgebildet wurde.
  • Fig. 4 zeigt ein Elektronenstrahl-Diffraktionsmuster des inversen Gitterbildes des mehrelementigen Oxidsystems, welches an dem Probensubstrat anhaftet. Anhand dieses Elektronenstrahl-Diffraktionsmuster kann bestätigt werden, dass das mehrelementige Oxidsystem ein Einkristall ist. Ferner kann in diesem Elektronenstrahl-Diffraktionsmuster eine Linie bestätigt werden, welche sich von oben links nach unten rechts in der Figur erstreckt, in einer Richtung senkrecht zu der Längsrichtung des dünnen länglichen Objektes. Dies repräsentiert das gleiche Merkmal wie das des Diffraktionsmuster in einer Kohlenstoff-Nanoröhre und ist eigen für eine Röhre. Daher kann erwartet werden, dass das mehrelementige Oxidsystem, welches an dem Probensubstrat anhaftet, eine Röhre ist.

Claims (7)

1. Nanoröhre enthaltend ein mehrelementiges Oxidsystem, welches zumindest eines von Bi, Y, La und Sc als eine Komponente davon aufweist, und welche einen Röhrendurchmesser von weniger als 1 × 10-6 m aufweist.
2. Nanoröhre, welche mittels Durchführens von Laserablation unter Verwenden von Pulslaser in einer Gasatmosphäre ausgebildet wird, welche einen Druck von nicht weniger als 0,1 atm hat, mit einem mehrelementigen Oxidsystem, welches eine laminare zweidimensionale Struktur aufweist, als ein Target und welche einen Röhrendurchmesser von weniger als 1 × 10-6 m aufweist.
3. Nanoröhre gemäß Anspruch 1, wobei das mehrelementige Oxidsystem ein aus einer Gruppe ausgewähltes ist, welche ein Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O-System, ein Bi-Sr-Ca-Cu-O-System, ein Bi-Sr-Cu-O-System, ein Bi-Pb-Sr-Cu-O-System, ein Y-Ba-Cu-O- System, ein La-Ba-Cu-O-System, ein La-Sr-Cu-O-System und ein Sc-Ba-Cu-O-System enthält.
4. Nanoröhre gemäß Anspruch 2, wobei das mehrelementige Oxidsystem ein aus einer Gruppe ausgewähltes ist, welche ein Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O-System, ein Bi-Sr-Ca-Cu-O-System, ein Bi-Sr-Cu-O-System, ein Bi-Pb-Sr-Cu-O-System, ein Y-Ba-Cu-O- System, ein La-Ba-Cu-O-System, ein La-Sr-Cu-O-System und ein Sc-Ba-Cu-O-System enthält.
5. Nanoröhre gemäß Anspruch 2, wobei eine Gastemperatur in der Laserablation innerhalb eines Bereiches von 0°C bis 40°C ist.
6. Nanoröhre gemäß Anspruch 2, wobei eine Pulsdauer des Pulslasers in der Laserablation nicht länger als 1 × 10-6 s ist.
7. Nanoröhre gemäß Anspruch 5, wobei eine Pulsdauer des Pulslasers in der Laserablation nicht länger als 1 × 10-6 s ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11887751B2 (en) * 2020-10-24 2024-01-30 The Texas A&M University System Textured-powder Bi-2212/Ag wire and method of fabrication

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH690720A5 (de) * 1996-12-18 2000-12-29 Eidgenoess Tech Hochschule Nanotubes, Verwendung solcher Nanotubes sowie Verfahren zu deren Herstellung.
US6586095B2 (en) * 2001-01-12 2003-07-01 Georgia Tech Research Corp. Semiconducting oxide nanostructures

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005005704A1 (de) * 2005-02-03 2006-08-10 Leibniz-Institut Für Festkörper- Und Werkstoffforschung Dresden E.V. Partikel zur Ermittlung der lokalen Temperatur in organischen und nichtorganischen Körpern
DE102005005704B4 (de) * 2005-02-03 2010-08-12 Leibniz-Institut Für Festkörper- Und Werkstoffforschung Dresden E.V. Verwendung von Partikeln für die Ermittlung der lokalen Temperatur in organischen und nichtorganischen Körpern

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