JP2004228520A - 磁性体線状ナノ構造物、磁性体線状マイクロ構造物、及び、磁性体線状ナノ構造物の製造方法 - Google Patents
磁性体線状ナノ構造物、磁性体線状マイクロ構造物、及び、磁性体線状ナノ構造物の製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】磁性体線状ナノ構造物、磁性体線状マイクロ構造物、及び、磁性体線状ナノ構造物の製造方法に関し、簡単な構成により多成分系を含む各種の新規な構造の磁性体線状ナノ構造物を純度良く製造する。
【解決手段】少なくとも一部にナノクラスタ構造２を含むように磁性体線状ナノ構造物３を構成する。
【選択図】 図１
【解決手段】少なくとも一部にナノクラスタ構造２を含むように磁性体線状ナノ構造物３を構成する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁性体線状ナノ構造物、磁性体線状マイクロ構造物、及び、磁性体線状ナノ構造物の製造方法に関し、特に、磁性ナノワイヤ或いは磁性ナノロッド等の磁性体線状ナノ構造物の構造自体及びこの構造を有する磁性体線状ナノ構造物を一度に高純度に製造するための構成に特徴のある磁性体線状ナノ構造物、磁性体線状マイクロ構造物、及び、磁性体線状ナノ構造物の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、金属、セラミック、或いは、半導体を中心とするナノ結晶材料により新機能を実現しようとするナノテクノロジーが注目を集めており、この様なナノスケールレベルにおいて科学的・工業的に実用化可能な新材料或いは新構造の開発に対する要求が急速に増大している。
【０００３】
この様なナノ材料は、触媒機能、光応答機能或いは磁性等の特性において特異性を持つと予想され、新たな素材や化学物質の供給源になると考えられている。
【０００４】
従来、この様なナノ材料は、フラーレンをはじめとしてナノ粉体として作られることが多く、実用上の潜在力が非常に高いと考えられるナノワイヤやナノロッド等の線状ナノ構造物についてはあまり研究がなされていないのが現状であった。
【０００５】
しかし、最近１０年位の間にナノワイヤを製造する方法がいくつか提案されるようになっており、これらの提案は主に中空多孔性のテンプレート（ｔｅｍｐｌａｔｅ）を用いた方法に限られている（例えば、非特許文献１乃至非特許文献３参照）。
【０００６】
このテンプレート法は、溶液中の陰極上にポリカルボネートや陽極化成により多孔質化したＡｌ２ Ｏ３ 等の中空多孔性のテンプレートを取付け、金属の陽イオンを電気的に中空多孔性のテンプレートに穴内に単結晶状のナノワイヤ構造物を成長させるものである。
【０００７】
また、最近、磁気場下で無機化合物を熱分解させてナノワイヤを製造する方法も提案されている（例えば、非特許文献４参照）。
【０００８】
【非特許文献１】
Ｔｈｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，ｖｏｌ．６９，ｐ．５１５０，１９９１
【非特許文献２】
ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｏｎ Ｍａｇｎｅｔｉｓｍ，ｖｏｌ．３３，ｐ．３７１５，１９９７
【非特許文献３】
Ｔｈｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，ｖｏｌ．８６，ｐ．５１４１，１９９１
【非特許文献４】
Ｔｈｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｖｏｌ．Ｂ１０６，ｐ．２１２３，２００２
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のテンプレート法はナノワイヤの直径と長さは、テンプレートに形成した穴の状態に依存するが、陽極化成で中空状の穴を形成するため、直径が１０ｎｍ以下の穴を均一に形成することが困難であり、したがって、均一なナノワイヤを形成するのが困難であるという問題がある。
【００１０】
また、溶液中で金属イオンを用いて形成するため、耐酸化性に優れている等の特性が必要になるため使用できる金属の種類に制限があるという問題がある。
【００１１】
さらに、二成分のナノワイヤを形成する場合には、質量の異なる二種類の金属イオンを同じ場所に析出させるために二段階の電気的ポテンシャルをかける必要があるため、装置構成が複雑化するとともに、得られたナノワイヤの組成が均一ではないという問題がある。
【００１２】
一方、磁気場下で無機化合物を熱分解させる方法は、材料として蒸気圧の高い有機金属材料を用いる必要があるため、やはり、使用できる金属の種類に制限があるという問題がある。
【００１３】
さらに、いずれの方法においても、得られたナノワイヤ中に溶媒成分や有機物の残渣が混入し、現状では９８％以上の純度のナノワイヤを製造することができないという問題がある。
【００１４】
したがって、本発明は、簡単な構成により多成分系を含む各種の新規な構造の磁性体線状ナノ構造物を純度良く製造することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理的構成の説明図であり、この図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
（１）本発明は、磁性体線状ナノ構造物３において、少なくとも一部にナノクラスタ構造２を含んでいることを特徴とする。
【００１６】
このように、ナノクラスタを堆積させた構造、或いは、その一部において溶融させた構造、即ち、少なくとも一部にナノクラスタ構造２を含む構造によって、グレインバウンダリ（結晶粒界）を有する多結晶状の新規な磁性体線状ナノ構造物３を実現することができる。
なお、線状ナノ構造物３とは、所謂ナノワイヤ及びナノロッドのいずれも含むものである。
【００１７】
（２）また、本発明は、上記（１）において、磁性体線状ナノ構造物３が枝状に分岐した分岐部を有することを特徴とする。
【００１８】
このように、ナノクラスタ構造２を利用することによって、従来の単結晶状のナノワイヤでは得られなかった枝状に分岐した分岐構造を有する新規な磁性体線状ナノ構造物３を実現することができる。
【００１９】
（３）また、本発明は、磁性体線状マイクロ構造物において、上記（１）または（２）の磁性体線状ナノ構造物３を繊維状にからませて成長させたことを特徴とする。
【００２０】
このように、磁性体線状ナノ構造物３を繊維状にからませて成長させることによって、直径がマイクロメートルオーダーの磁性体線状マイクロ構造物を得ることができ、体積に対する表面積が非常に大きくなるので触媒等に好適な構造となる。
【００２１】
（４）また、本発明は、磁性体線状マイクロ構造物において、一部にナノクラスタ構造２を含んでいるマイクロメートルオーダーの球状部を鎖状に連鎖させたことを特徴とする。
【００２２】
このように、ナノクラスタ構造２を利用することによって、従来の単結晶状のナノワイヤでは得られなかった一部にナノクラスタ構造２を含んでいるマイクロメートルオーダーの球状部を鎖状に連鎖させた磁性体線状マイクロ構造物を得ることができる。
【００２３】
（５）また、本発明は、磁性体線状ナノ構造物３の製造方法において、少なくとも磁性金属元素を含むバルク試料にエネルギービームを照射してナノクラスタを生成する工程、前記ナノクラスタをキャリアガスによって磁場を印加した成長領域へ搬送する工程、前記成長領域において磁界による磁力線に沿って成長用基板１上にナノ構造物を線状に成長させる工程とを含むことを特徴とする。
【００２４】
このように、バルク試料を用いることによって、成長するナノ構造物の組成をバルク試料の組成とほぼ一致した組成とすることができ、それによって、従来困難であった多成分系のナノ構造物を一度の製造工程で再現性良く簡単に製造することができる。
【００２５】
また、成長領域に磁場を印加することによって磁界による磁力線に沿ってナノ構造物を線状に成長させることができ、成長時間或いは成長気圧等の成長条件を制御することによって、従来の中空多孔性のテンプレートを用いた場合に比べて均一な径の線状ナノ構造物３を任意の長さに成長させることができる。
【００２６】
また、成長雰囲気に含まれるのはバルク試料の成分とキャリアガスだけであるので、高純度のバルク試料を用いることによって、９９．９９％以上の高純度の線状ナノ構造物３を製造することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
ここで、図２乃至図６を参照して、本発明の実施の形態の磁性体ナノクラスタワイヤの製造工程を説明する。
図２参照
図２は、本発明の実施の形態に用いる製造装置の概念的構成図であり、ナノクラスタ生成部１０とナノクラスタ堆積部４０とから構成される。
【００２８】
ナノクラスタ生成部１０は、パイレックス（登録商標）製のチャンバー１１、チャンバー１１に設けられたキャリアガス導入用ポート１２、キャリアガス導入用ポート１２を封止するフランジ１３を挿通するとともにバルブ１５を有するガス導入管１４、チャンバー１１に設けられたバルクターゲット導入用ポート１６、バルクターゲット導入用ポート１６を封止するフランジ１７に取り付けられたターゲット保持部材１８、及び、チャンバー１１に設けられ透過窓部材２０で封止されたレーザ光導入用ポート１９からなり、ターゲット保持部材１８には、生成するナノクラスタに応じたバルクターゲット２１が固定・保持される。
なお、ここでは、チャンバー１１の内容積を、例えば、約２２００ｃｃとする。
【００２９】
また、ナノクラスタ堆積部４０は、チャンバー１１と一体成形され、内部に成長用基板４２を挿入する成長室４１、成長室４１の端部を封止するフランジ４３を挿通するとともに気圧ゲージ４５及びバルブ４６が取り付けられた排気管４４、及び、成長室４１の上下に一対の磁極が対向するように配置された永久磁石４７から構成される。
なお、成長室４１は、例えば、２０ｍｍ×４０ｍｍ×８０ｍｍの大きさとし、また、永久磁石４７による磁束強度は、中央部の強度を３０００〜５０００ガウス（ｇａｕｓｓ）とする。
【００３０】
この製造装置を用いて磁性ナノワイヤを成長させる場合、チャンバー１１内にガス導入管１４からＡｒ等のキャリアガス２２を連続的に流した状態でバルクターゲット２１にレーザ光導入用ポート１９からレーザ光２３を照射し、レーザプラズマ２４を発生させ、この発生したレーザプラズマ２４から気相中において磁性体ナノクラスタ２５が生成され、生成された磁性体ナノクラスタ２５はキャリアガス２２によってナノクラスタ堆積部４０に搬送される。
この搬送過程において、生成時には励起状態であった磁性体ナノクラスタ２５はキャリアガス２２との衝突等によりエネルギーを失い安定状態となる。
【００３１】
なお、ここでは、目視による確認を可能にするために可視レーザ光を用いるものであり、例えば、５３２ｎｍの波長のＮｄ３＋：ＹＡＧレーザの２次高調波を用い、典型的には１パルス当り２５ｍＪ（試料面上で３０００〜４０００ｍＪ／ｍｍ２ ）のパルスレーザ光を１０Ｈｚの周期で照射する。
【００３２】
また、キャリアガス２２の流量は、チャンバー１１内の圧力が、例えば、５０〜７５０Ｔｏｒｒになるように、１００〜２００ｓｃｃｍの流量とする。
この場合、キャリアガス２２の流量が大きすぎると、生成した磁性体ナノクラスタ２５の流速が大きくなり磁力線に捕獲されにくくなるので、後述するナノクラスタロッド或いはナノクラスタワイヤが良好に成長しなくなる。
【００３３】
一方、キャリアガス２２の流量が小さすぎると、生成した磁性体ナノクラスタ２５がキャリアガス２２の流れから逸脱してナノクラスタ堆積部４０に充分搬送されなくなる。
【００３４】
図３（ａ）参照
ナノクラスタ堆積部４０に搬送された磁性体ナノクラスタ２５は、非磁性体からなる成長用基板４２上にランダムに堆積するが、この時、磁気モメントを有している磁性体ナノクラスタ２５は、永久磁石４７により図において縦方向に印加されている磁場により加速され、磁界による磁力線４８に沿って移動して堆積することになる。
【００３５】
図３（ｂ）参照
引き続いて搬送されてきた磁性体ナノクラスタ２５は、初期堆積した磁性体ナノクラスタ２５の磁気モメントにより引き寄せられて集合して所定の直径、例えば、１ｎｍ〜１０ｎｍ程度の成長核となる集合クラスタ２６を構成する。
【００３６】
図４（ｃ）参照
引き続いて搬送されてきた磁性体ナノクラスタ２５は、集合クラスタ２６の磁気モメントにより引き寄せられるとともに、永久磁石４７による磁場により加速されて磁力線４８に沿って移動して集合クラスタ２６に衝突しながら堆積し、次第に成長して磁性体ナノクラスタロッド２７を構成する。
この時、衝突エネルギーが大きいと堆積した磁性体ナノクラスタ２５の一部は溶融したり、表面が溶融したりして成長した磁性体ナノクラスタロッド２７中に埋め込まれた状態となる。
【００３７】
図４（ｄ）参照
この様な磁性体ナノクラスタ２５の堆積工程を続けることによって、堆積時間に応じた長さの磁性体ナノクラスタワイヤ２８が形成される。
【００３８】
図５（ｅ）参照
この磁性体ナノクラスタワイヤ２８の成長工程において、成長した磁性体ナノクラスタワイヤ２８は磁性体ナノクラスタ２５を搬送してくるキャリアガス２２の影響を受けて揺さぶられる。
【００３９】
図５（ｆ）参照
このような揺さぶり（Ｓｈａｋｉｎｇ）を受けながら成長することによって、磁力線４８から若干傾いた磁性体ナノクラスタワイヤ２８が得られる。
この時、磁性体ナノクラスタワイヤ２８の直径ｄは成長時間ｔによらずほぼ一定であり、長さＬは成長時間とともに増大することになる。
【００４０】
図６（ｇ）参照
また、磁性体ナノクラスタワイヤ２８の成長をさらに続けると、上述の揺さぶり現象に起因して、磁性体ナノクラスタワイヤ２８が長くなるに連れて揺さぶりが大きくなるので、搬送されてきた磁性体ナノクラスタ２５の一部は磁性体ナノクラスタワイヤ２８の側壁に衝突し、そこを成長核として磁性体ナノクラスタ２５が堆積して分岐部２９が形成され、枝分かれ状の磁性体ナノクラスタワイヤ３０が成長する。
【００４１】
図６（ｈ）参照
さらに成長を続けると、成長用基板４２上に成長した複数の磁性体ナノクラスタワイヤ２８及び枝分かれ状の磁性体ナノクラスタワイヤ３０が互いに繊維状にからまってネットワーク状に成長を続け、直径が１〜５μｍの磁性体マイクロワイヤ３１に成長する。
【００４２】
以上を前提として、以下において、本発明の具体的実施例を説明する。
（実施例１）
バルクターゲット２１として、９９．９９９％の高純度のコバルト金属を用い、キャリアガス２２としてＡｒガスを用い、流入速度を１００〜２００ｓｃｃｍに調節して、チャンバー１１内の圧力を６００〜７５０Ｔｏｒｒとし、レーザ光２３として２０〜３０ｍＪ／パルスのレーザ光をコバルト金属に照射してガラスからなる成長用基板４２上にＣｏナノクラスタワイヤ３２を成長させた。
この場合、成長時間により、１０ｎｍから１００ｎｍを超える長さのＣｏナノクラスタワイヤ３２を得ることができる。
【００４３】
図７参照
図７は、成長させたＣｏナノクラスタワイヤ３２を高分解能透過型電子顕微鏡（ＨＲＴＥＭ）によって撮影した顕微鏡写真を模写したものであり、Ｃｏナノクラスタが一部溶融しながら積み重なっている状態を把握することができる。
【００４４】
このＣｏナノクラスタワイヤ３２の結晶構造を解析するために、成長用基板としてＴＥＭのグリッドを構成するカーボンフィルムを用い、このカーボンフィルム上にＣｏナノクラスタワイヤ３２を成長させ、このＣｏナノクラスタワイヤ３２の電子顕微鏡像を観察すると、１．７５Åと２．５０Åの格子間隔がみられ、これらはｆｃｃ構造のＣｏ単結晶の（２００）面と（１１０）面と良く一致している。
【００４５】
したがって、この場合のＣｏナノクラスタワイヤ３２は、結晶粒界を有する多結晶状のクラスタの集合したものと考えられ、従来のテンプレート法等による単結晶ナノワイヤとは異なった結晶構造になっている。
【００４６】
さらに、Ｃｏナノクラスタワイヤ３２の成長をつづけると、７時間を超えた時点で分岐構造ができ始め３次元的な構造となる。
これは、上述のキャリアガス２２によるＣｏナノクラスタワイヤ３２の揺れが原因であると考えられる。
【００４７】
図８参照
図８は、カーボンフィルム上に１０時間成長を行ったＣｏナノクラスタワイヤ３２のＴＥＭ像を模写したものであり、分岐構造が確認できる。
【００４８】
さらに成長を続けると、１５時間程度で３次元的な構造のＣｏナノクラスタワイヤ３２が互いに絡み合って直径が１〜５μｍのマイクロメータオーダーの繊維状構造を示すＣｏマイクロワイヤに成長する。
【００４９】
（実施例２）
バルクターゲット２１として、Ｆｅ６６Ｎｄ２８Ｄｙ４ Ｂ１ 組成（モル組成比）の９９％の純度の永久磁石（Ｅｄｍｕｎｄ製）を用い、キャリアガス２２としてＡｒガスを用い、流入速度を１００〜２００ｓｃｃｍに調節して、チャンバー１１内の圧力を６００〜７５０Ｔｏｒｒとし、レーザ光２３として２０〜３０ｍＪ／パルスのレーザ光をコバルト金属に照射してガラスからなる成長用基板４２上にＦｅＮｄＤｙＢナノクラスタワイヤ３３を成長させた。
【００５０】
図９参照
図９は、成長させたＦｅＮｄＤｙＢナノクラスタワイヤ３３を高分解能透過型電子顕微鏡（ＨＲＴＥＭ）によって撮影した顕微鏡写真を模写したものであり、この場合も直径が４〜８ｎｍのＦｅＮｄＤｙＢナノクラスタが一部溶融しながら積み重なっている状態を把握することができる。
【００５１】
このＦｅＮｄＤｙＢナノクラスタの結晶構造を解析するために、成長用基板としてＴＥＭのグリッドを構成するカーボンフィルムを用い、このカーボンフィルム上にＦｅＮｄＤｙＢナノクラスタワイヤ３３を成長させ、このＦｅＮｄＤｙＢナノクラスタワイヤ３３の電子線回折像を観察すると、完全にアモルファスであることが分かった。
【００５２】
このようにＦｅＮｄＤｙＢナノクラスタワイヤ３３はアモルファスであるが、強磁性体の特性を有していることは明らかである。
即ち、ＦｅＮｄＤｙＢナノクラスタワイヤ３３が強磁性を有していないと線状の成長が起こらないためである。
【００５３】
また、得られたＦｅＮｄＤｙＢナノクラスタワイヤ３３のモル組成比を電子プローブマイクロ分析計（ＥＰＭＡ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ−Ａｎａｌｙｚｅｒ）を用いて測定したところＦｅ６７．６Ｎｄ２６．８Ｄｙ３．２ Ｂ２．３ であり、バルクターゲット２１として用いた永久磁石のＦｅ６６Ｎｄ２８Ｄｙ４ Ｂ１ のモル組成比と極めて良好な一致が見られた。
【００５４】
図１０参照
図１０は、上述のようにカーボンフィルム上に成長させたＦｅＮｄＤｙＢナノクラスタワイヤ３３の直径Ｄ及び長さＬの成長時間依存性及びＬ／Ｄ比の成長時間依存性を示したものである。
【００５５】
図から明らかなように、直径Ｄは５〜１５ｎｍ程度で成長時間依存性は見られないものの、長さＬは時間とともに増大しているのが分かり、例えば、成長時間が３時間の場合にはＤ＝５〜１０ｎｍであり、Ｌ＝３０〜５０ｎｍである。
また、Ｌ／Ｄ比も時間とともに増大しているのが分かる。
したがって、上述の製造条件は、ナノクラスタワイヤの直径の増大には寄与せず、ナノクラスタワイヤの長さの増大に寄与することが理解される。
【００５６】
このように、バルクターゲットを用いることによって、Ｂ等の非金属的な元素を含んだ所望の組成比の複合ナノクラスタワイヤを再現性良く製造することができ、バルクターゲットとして強力な磁性を有するＦｅ６６Ｎｄ２８Ｄｙ４ Ｂ１ 永久磁石を用いた場合には、強力な磁性を有する複合ナノクラスタワイヤを作製することができる。
【００５７】
なお、このＦｅＮｄＤｙＢナノクラスタワイヤ３３の場合も、上述のＣｏナノクラスタワイヤ３２と同様に、成長時間が長くなると分岐構造を有する３次元的構造となり、さらに成長を続けると、直径がマイクロメータオーダーのＦｅＮｄＤｙＢマイクロワイヤとなる。
【００５８】
（実施例３）
バルクターゲット２１として、純度が９９．９９９％の高純度の鉄を用い、キャリアガス２２としてＡｒガスを用い、流入速度を１００〜２００ｓｃｃｍに調節して、チャンバー１１内の圧力を５０〜２００Ｔｏｒｒとし、レーザ光２３として２０〜３０ｍＪ／パルスのレーザ光を鉄に照射してガラスからなる成長用基板４２上にＦｅナノクラスタワイヤを成長させた。
【００５９】
成長時間を長く、例えば、１〜３時間とした場合、上述の繊維が絡み合った状態のマイクロワイヤではなく、マイクロメータオーダーの球状構造物が鎖状に連鎖したマイクロ球状連鎖ワイヤ（Ｍｉｃｒｏ−Ｓｐｈｅｒｅ−Ｃｈａｉｎ）が得られた。
【００６０】
図１１参照
図１１は、長時間成長させた場合に成長するマイクロ球状連鎖ワイヤ３４を高分解能透過型電子顕微鏡（ＨＲＴＥＭ）によって撮影した顕微鏡写真を模写したものであり、直径が〜３μｍの球状構造物が直線状に連鎖している状態を把握することができる。
【００６１】
この様に、チャンバー１１内の圧力を低下させることによって、繊維が絡み合った状態のマイクロワイヤではなく、マイクロメータオーダーの球状構造物が鎖状に連鎖したマイクロ球状連鎖ワイヤとすることができる。
【００６２】
以上、本発明の実施の形態及び具体的実施例を説明してきたが、本発明は実施の形態或いは実施例に記載された構成・条件に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の実施の形態においては、バルクターゲットとしてＣｏ，ＦｅＮｄＤｙＢ，Ｆｅを用いているが、この様な材料に限られるものではなく、ターゲット全体として磁性を有していれば、各種の磁性材料を用いることができるものである。
【００６３】
また、上記の実施の形態の説明においては、レーザ蒸発に用いるレーザ光として目視を可能にするためにＮｄ＋３：ＹＡＧレーザの二次高調波を用いているが、二次高調波に限られるものではなく、Ｎｄ＋３：ＹＡＧレーザの基本波、三次高調波、或いは、四次高調波を用いても良いものであり、さらには、エキシマレーザ等の他のレーザ光源を用いても良いものである。
【００６４】
また、上記の各実施例の説明においては、生成したナノクラスタを搬送するキャリアガスとしてＡｒガスを用いているが、Ａｒガスに限られるものではなく、Ｈｅ等の他の希ガスを用いても良いものである。
【００６５】
さらには、キャリアガスとして反応性ガスを用いることによって、レーザプラズマで発生させたターゲット蒸発物と反応性ガスとの反応生成物をクラスタとして用いても良いものである。
【００６６】
また、上記の各実施例の説明においては、成長用基板としてガラス基板を用い、或いは、顕微鏡写真を取得するためにグリッドを構成するカーボンフィルムを用いているが、成長用基板はガラス基板或いはカーボン基板に限られるものではなく、永久磁石からの磁束を透過することができるものであれば、どの様な材料を用いても良いものである。
【００６７】
また、上記の実施の形態は、新規なナノクラスタ構造物を含むナノワイヤ或いはナノロッド、さらには、それらが集合したマイクロ構造物を提供するものであるので、用途については特に言及していないが、磁性或いはナノ構造を利用する各種の用途に用いられるものであり、特定の用途に限られるものではない。
【００６８】
例えば、ＣｏＣｒＰｔ或いはＦｅＰｔからなるバルクターゲットを用いて磁性体ナノクラスタワイヤを製造し、これらをグラニュラ磁性粒子と同様に非磁性材料で被覆して磁気記録層としてディスク上に塗布しても良いものであり、それによって、磁気ディスクのノイズを低減することができる。
【００６９】
或いは、Ｎｉ等の触媒作用のある元素を含んだバルクターゲットを用いて磁性体ナノクラスタワイヤ或いは磁性体マイクロワイヤを製造することによって、体積に対する表面積を極端に大きくすることができ、それによって、優れた触媒を実現することができる。
【００７０】
さらには、成長用基板上に成長した磁性体ナノクラスタワイヤ或いは磁性体ナノクラスタロッドはそれ自体が１ビットのメモリ素子となるので、超高密度磁気メモリとしても期待されるものである。
【００７１】
【発明の効果】
本発明によれば、バルクターゲットを選択するだけで簡単な構成により、ほとんどの磁性体の純金属、合金、或いは、３次元系以上の複合材料からなる高純度の磁性体ナノクラスタワイヤ或いは磁性体ナノクラスタロッドを製造することができ、また、成長時間等の製造条件を制御することによって磁性体ナノクラスタワイヤ或いは磁性体ナノクラスタロッドの長さ或いは直径を制御することができ、さらには、雰囲気圧力等の製造条件を制御することによってマイクロ球状連鎖ワイヤ等の磁性体マイクロ構造物を構成することができ、新たな素材、化学物質の供給源として期待するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の実施の形態に用いる製造装置の概念的構成図である。
【図３】本発明の実施の形態の途中までの製造工程の説明図である。
【図４】本発明の実施の形態の図３以降の途中までの製造工程の説明図である。
【図５】本発明の実施の形態の図４以降の途中までの製造工程の説明図である。
【図６】本発明の実施の形態の図５以降の製造工程の説明図である。
【図７】Ｃｏナノクラスタワイヤの構造説明図である。
【図８】１０時間成長を行ったＣｏナノクラスタワイヤの構造説明図である。
【図９】ＦｅＮｄＤｙＢナノクラスタワイヤの構造説明図である。
【図１０】ＦｅＮｄＤｙＢナノクラスタワイヤの直径Ｄ及び長さＬの成長時間依存性及びＬ／Ｄ比の成長時間依存性の説明図である。
【図１１】マイクロ球状連鎖ワイヤの構造説明図である。
【符号の説明】
１ 成長用基板
２ ナノクラスタ構造
３ 磁性体線状ナノ構造物
１０ ナノクラスタ生成部
１１ チャンバー
１２ キャリアガス導入用ポート
１３ フランジ
１４ ガス導入管
１５ バルブ
１６ バルクターゲット導入用ポート
１７ フランジ
１８ ターゲット保持部材
１９ レーザ光導入用ポート
２０ 透過窓部材
２１ バルクターゲット
２２ キャリアガス
２３ レーザ光
２４ レーザプラズマ
２５ 磁性体ナノクラスタ
２６ 集合クラスタ
２７ 磁性体ナノクラスタロッド
２８ 磁性体ナノクラスタワイヤ
２９ 分岐部
３０ 磁性体ナノクラスタワイヤ
３１ 磁性体マイクロワイヤ
３２ Ｃｏナノクラスタワイヤ
３３ ＦｅＮｄＤｙＢナノクラスタワイヤ
３４ マイクロ球状連鎖ワイヤ
４０ ナノクラスタ堆積部
４１ 成長室
４２ 成長用基板
４３ フランジ
４４ 排気管
４５ 気圧ゲージ
４６ バルブ
４７ 永久磁石
４８ 磁力線
【発明の属する技術分野】
本発明は磁性体線状ナノ構造物、磁性体線状マイクロ構造物、及び、磁性体線状ナノ構造物の製造方法に関し、特に、磁性ナノワイヤ或いは磁性ナノロッド等の磁性体線状ナノ構造物の構造自体及びこの構造を有する磁性体線状ナノ構造物を一度に高純度に製造するための構成に特徴のある磁性体線状ナノ構造物、磁性体線状マイクロ構造物、及び、磁性体線状ナノ構造物の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、金属、セラミック、或いは、半導体を中心とするナノ結晶材料により新機能を実現しようとするナノテクノロジーが注目を集めており、この様なナノスケールレベルにおいて科学的・工業的に実用化可能な新材料或いは新構造の開発に対する要求が急速に増大している。
【０００３】
この様なナノ材料は、触媒機能、光応答機能或いは磁性等の特性において特異性を持つと予想され、新たな素材や化学物質の供給源になると考えられている。
【０００４】
従来、この様なナノ材料は、フラーレンをはじめとしてナノ粉体として作られることが多く、実用上の潜在力が非常に高いと考えられるナノワイヤやナノロッド等の線状ナノ構造物についてはあまり研究がなされていないのが現状であった。
【０００５】
しかし、最近１０年位の間にナノワイヤを製造する方法がいくつか提案されるようになっており、これらの提案は主に中空多孔性のテンプレート（ｔｅｍｐｌａｔｅ）を用いた方法に限られている（例えば、非特許文献１乃至非特許文献３参照）。
【０００６】
このテンプレート法は、溶液中の陰極上にポリカルボネートや陽極化成により多孔質化したＡｌ２ Ｏ３ 等の中空多孔性のテンプレートを取付け、金属の陽イオンを電気的に中空多孔性のテンプレートに穴内に単結晶状のナノワイヤ構造物を成長させるものである。
【０００７】
また、最近、磁気場下で無機化合物を熱分解させてナノワイヤを製造する方法も提案されている（例えば、非特許文献４参照）。
【０００８】
【非特許文献１】
Ｔｈｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，ｖｏｌ．６９，ｐ．５１５０，１９９１
【非特許文献２】
ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｏｎ Ｍａｇｎｅｔｉｓｍ，ｖｏｌ．３３，ｐ．３７１５，１９９７
【非特許文献３】
Ｔｈｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，ｖｏｌ．８６，ｐ．５１４１，１９９１
【非特許文献４】
Ｔｈｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｖｏｌ．Ｂ１０６，ｐ．２１２３，２００２
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のテンプレート法はナノワイヤの直径と長さは、テンプレートに形成した穴の状態に依存するが、陽極化成で中空状の穴を形成するため、直径が１０ｎｍ以下の穴を均一に形成することが困難であり、したがって、均一なナノワイヤを形成するのが困難であるという問題がある。
【００１０】
また、溶液中で金属イオンを用いて形成するため、耐酸化性に優れている等の特性が必要になるため使用できる金属の種類に制限があるという問題がある。
【００１１】
さらに、二成分のナノワイヤを形成する場合には、質量の異なる二種類の金属イオンを同じ場所に析出させるために二段階の電気的ポテンシャルをかける必要があるため、装置構成が複雑化するとともに、得られたナノワイヤの組成が均一ではないという問題がある。
【００１２】
一方、磁気場下で無機化合物を熱分解させる方法は、材料として蒸気圧の高い有機金属材料を用いる必要があるため、やはり、使用できる金属の種類に制限があるという問題がある。
【００１３】
さらに、いずれの方法においても、得られたナノワイヤ中に溶媒成分や有機物の残渣が混入し、現状では９８％以上の純度のナノワイヤを製造することができないという問題がある。
【００１４】
したがって、本発明は、簡単な構成により多成分系を含む各種の新規な構造の磁性体線状ナノ構造物を純度良く製造することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理的構成の説明図であり、この図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
（１）本発明は、磁性体線状ナノ構造物３において、少なくとも一部にナノクラスタ構造２を含んでいることを特徴とする。
【００１６】
このように、ナノクラスタを堆積させた構造、或いは、その一部において溶融させた構造、即ち、少なくとも一部にナノクラスタ構造２を含む構造によって、グレインバウンダリ（結晶粒界）を有する多結晶状の新規な磁性体線状ナノ構造物３を実現することができる。
なお、線状ナノ構造物３とは、所謂ナノワイヤ及びナノロッドのいずれも含むものである。
【００１７】
（２）また、本発明は、上記（１）において、磁性体線状ナノ構造物３が枝状に分岐した分岐部を有することを特徴とする。
【００１８】
このように、ナノクラスタ構造２を利用することによって、従来の単結晶状のナノワイヤでは得られなかった枝状に分岐した分岐構造を有する新規な磁性体線状ナノ構造物３を実現することができる。
【００１９】
（３）また、本発明は、磁性体線状マイクロ構造物において、上記（１）または（２）の磁性体線状ナノ構造物３を繊維状にからませて成長させたことを特徴とする。
【００２０】
このように、磁性体線状ナノ構造物３を繊維状にからませて成長させることによって、直径がマイクロメートルオーダーの磁性体線状マイクロ構造物を得ることができ、体積に対する表面積が非常に大きくなるので触媒等に好適な構造となる。
【００２１】
（４）また、本発明は、磁性体線状マイクロ構造物において、一部にナノクラスタ構造２を含んでいるマイクロメートルオーダーの球状部を鎖状に連鎖させたことを特徴とする。
【００２２】
このように、ナノクラスタ構造２を利用することによって、従来の単結晶状のナノワイヤでは得られなかった一部にナノクラスタ構造２を含んでいるマイクロメートルオーダーの球状部を鎖状に連鎖させた磁性体線状マイクロ構造物を得ることができる。
【００２３】
（５）また、本発明は、磁性体線状ナノ構造物３の製造方法において、少なくとも磁性金属元素を含むバルク試料にエネルギービームを照射してナノクラスタを生成する工程、前記ナノクラスタをキャリアガスによって磁場を印加した成長領域へ搬送する工程、前記成長領域において磁界による磁力線に沿って成長用基板１上にナノ構造物を線状に成長させる工程とを含むことを特徴とする。
【００２４】
このように、バルク試料を用いることによって、成長するナノ構造物の組成をバルク試料の組成とほぼ一致した組成とすることができ、それによって、従来困難であった多成分系のナノ構造物を一度の製造工程で再現性良く簡単に製造することができる。
【００２５】
また、成長領域に磁場を印加することによって磁界による磁力線に沿ってナノ構造物を線状に成長させることができ、成長時間或いは成長気圧等の成長条件を制御することによって、従来の中空多孔性のテンプレートを用いた場合に比べて均一な径の線状ナノ構造物３を任意の長さに成長させることができる。
【００２６】
また、成長雰囲気に含まれるのはバルク試料の成分とキャリアガスだけであるので、高純度のバルク試料を用いることによって、９９．９９％以上の高純度の線状ナノ構造物３を製造することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
ここで、図２乃至図６を参照して、本発明の実施の形態の磁性体ナノクラスタワイヤの製造工程を説明する。
図２参照
図２は、本発明の実施の形態に用いる製造装置の概念的構成図であり、ナノクラスタ生成部１０とナノクラスタ堆積部４０とから構成される。
【００２８】
ナノクラスタ生成部１０は、パイレックス（登録商標）製のチャンバー１１、チャンバー１１に設けられたキャリアガス導入用ポート１２、キャリアガス導入用ポート１２を封止するフランジ１３を挿通するとともにバルブ１５を有するガス導入管１４、チャンバー１１に設けられたバルクターゲット導入用ポート１６、バルクターゲット導入用ポート１６を封止するフランジ１７に取り付けられたターゲット保持部材１８、及び、チャンバー１１に設けられ透過窓部材２０で封止されたレーザ光導入用ポート１９からなり、ターゲット保持部材１８には、生成するナノクラスタに応じたバルクターゲット２１が固定・保持される。
なお、ここでは、チャンバー１１の内容積を、例えば、約２２００ｃｃとする。
【００２９】
また、ナノクラスタ堆積部４０は、チャンバー１１と一体成形され、内部に成長用基板４２を挿入する成長室４１、成長室４１の端部を封止するフランジ４３を挿通するとともに気圧ゲージ４５及びバルブ４６が取り付けられた排気管４４、及び、成長室４１の上下に一対の磁極が対向するように配置された永久磁石４７から構成される。
なお、成長室４１は、例えば、２０ｍｍ×４０ｍｍ×８０ｍｍの大きさとし、また、永久磁石４７による磁束強度は、中央部の強度を３０００〜５０００ガウス（ｇａｕｓｓ）とする。
【００３０】
この製造装置を用いて磁性ナノワイヤを成長させる場合、チャンバー１１内にガス導入管１４からＡｒ等のキャリアガス２２を連続的に流した状態でバルクターゲット２１にレーザ光導入用ポート１９からレーザ光２３を照射し、レーザプラズマ２４を発生させ、この発生したレーザプラズマ２４から気相中において磁性体ナノクラスタ２５が生成され、生成された磁性体ナノクラスタ２５はキャリアガス２２によってナノクラスタ堆積部４０に搬送される。
この搬送過程において、生成時には励起状態であった磁性体ナノクラスタ２５はキャリアガス２２との衝突等によりエネルギーを失い安定状態となる。
【００３１】
なお、ここでは、目視による確認を可能にするために可視レーザ光を用いるものであり、例えば、５３２ｎｍの波長のＮｄ３＋：ＹＡＧレーザの２次高調波を用い、典型的には１パルス当り２５ｍＪ（試料面上で３０００〜４０００ｍＪ／ｍｍ２ ）のパルスレーザ光を１０Ｈｚの周期で照射する。
【００３２】
また、キャリアガス２２の流量は、チャンバー１１内の圧力が、例えば、５０〜７５０Ｔｏｒｒになるように、１００〜２００ｓｃｃｍの流量とする。
この場合、キャリアガス２２の流量が大きすぎると、生成した磁性体ナノクラスタ２５の流速が大きくなり磁力線に捕獲されにくくなるので、後述するナノクラスタロッド或いはナノクラスタワイヤが良好に成長しなくなる。
【００３３】
一方、キャリアガス２２の流量が小さすぎると、生成した磁性体ナノクラスタ２５がキャリアガス２２の流れから逸脱してナノクラスタ堆積部４０に充分搬送されなくなる。
【００３４】
図３（ａ）参照
ナノクラスタ堆積部４０に搬送された磁性体ナノクラスタ２５は、非磁性体からなる成長用基板４２上にランダムに堆積するが、この時、磁気モメントを有している磁性体ナノクラスタ２５は、永久磁石４７により図において縦方向に印加されている磁場により加速され、磁界による磁力線４８に沿って移動して堆積することになる。
【００３５】
図３（ｂ）参照
引き続いて搬送されてきた磁性体ナノクラスタ２５は、初期堆積した磁性体ナノクラスタ２５の磁気モメントにより引き寄せられて集合して所定の直径、例えば、１ｎｍ〜１０ｎｍ程度の成長核となる集合クラスタ２６を構成する。
【００３６】
図４（ｃ）参照
引き続いて搬送されてきた磁性体ナノクラスタ２５は、集合クラスタ２６の磁気モメントにより引き寄せられるとともに、永久磁石４７による磁場により加速されて磁力線４８に沿って移動して集合クラスタ２６に衝突しながら堆積し、次第に成長して磁性体ナノクラスタロッド２７を構成する。
この時、衝突エネルギーが大きいと堆積した磁性体ナノクラスタ２５の一部は溶融したり、表面が溶融したりして成長した磁性体ナノクラスタロッド２７中に埋め込まれた状態となる。
【００３７】
図４（ｄ）参照
この様な磁性体ナノクラスタ２５の堆積工程を続けることによって、堆積時間に応じた長さの磁性体ナノクラスタワイヤ２８が形成される。
【００３８】
図５（ｅ）参照
この磁性体ナノクラスタワイヤ２８の成長工程において、成長した磁性体ナノクラスタワイヤ２８は磁性体ナノクラスタ２５を搬送してくるキャリアガス２２の影響を受けて揺さぶられる。
【００３９】
図５（ｆ）参照
このような揺さぶり（Ｓｈａｋｉｎｇ）を受けながら成長することによって、磁力線４８から若干傾いた磁性体ナノクラスタワイヤ２８が得られる。
この時、磁性体ナノクラスタワイヤ２８の直径ｄは成長時間ｔによらずほぼ一定であり、長さＬは成長時間とともに増大することになる。
【００４０】
図６（ｇ）参照
また、磁性体ナノクラスタワイヤ２８の成長をさらに続けると、上述の揺さぶり現象に起因して、磁性体ナノクラスタワイヤ２８が長くなるに連れて揺さぶりが大きくなるので、搬送されてきた磁性体ナノクラスタ２５の一部は磁性体ナノクラスタワイヤ２８の側壁に衝突し、そこを成長核として磁性体ナノクラスタ２５が堆積して分岐部２９が形成され、枝分かれ状の磁性体ナノクラスタワイヤ３０が成長する。
【００４１】
図６（ｈ）参照
さらに成長を続けると、成長用基板４２上に成長した複数の磁性体ナノクラスタワイヤ２８及び枝分かれ状の磁性体ナノクラスタワイヤ３０が互いに繊維状にからまってネットワーク状に成長を続け、直径が１〜５μｍの磁性体マイクロワイヤ３１に成長する。
【００４２】
以上を前提として、以下において、本発明の具体的実施例を説明する。
（実施例１）
バルクターゲット２１として、９９．９９９％の高純度のコバルト金属を用い、キャリアガス２２としてＡｒガスを用い、流入速度を１００〜２００ｓｃｃｍに調節して、チャンバー１１内の圧力を６００〜７５０Ｔｏｒｒとし、レーザ光２３として２０〜３０ｍＪ／パルスのレーザ光をコバルト金属に照射してガラスからなる成長用基板４２上にＣｏナノクラスタワイヤ３２を成長させた。
この場合、成長時間により、１０ｎｍから１００ｎｍを超える長さのＣｏナノクラスタワイヤ３２を得ることができる。
【００４３】
図７参照
図７は、成長させたＣｏナノクラスタワイヤ３２を高分解能透過型電子顕微鏡（ＨＲＴＥＭ）によって撮影した顕微鏡写真を模写したものであり、Ｃｏナノクラスタが一部溶融しながら積み重なっている状態を把握することができる。
【００４４】
このＣｏナノクラスタワイヤ３２の結晶構造を解析するために、成長用基板としてＴＥＭのグリッドを構成するカーボンフィルムを用い、このカーボンフィルム上にＣｏナノクラスタワイヤ３２を成長させ、このＣｏナノクラスタワイヤ３２の電子顕微鏡像を観察すると、１．７５Åと２．５０Åの格子間隔がみられ、これらはｆｃｃ構造のＣｏ単結晶の（２００）面と（１１０）面と良く一致している。
【００４５】
したがって、この場合のＣｏナノクラスタワイヤ３２は、結晶粒界を有する多結晶状のクラスタの集合したものと考えられ、従来のテンプレート法等による単結晶ナノワイヤとは異なった結晶構造になっている。
【００４６】
さらに、Ｃｏナノクラスタワイヤ３２の成長をつづけると、７時間を超えた時点で分岐構造ができ始め３次元的な構造となる。
これは、上述のキャリアガス２２によるＣｏナノクラスタワイヤ３２の揺れが原因であると考えられる。
【００４７】
図８参照
図８は、カーボンフィルム上に１０時間成長を行ったＣｏナノクラスタワイヤ３２のＴＥＭ像を模写したものであり、分岐構造が確認できる。
【００４８】
さらに成長を続けると、１５時間程度で３次元的な構造のＣｏナノクラスタワイヤ３２が互いに絡み合って直径が１〜５μｍのマイクロメータオーダーの繊維状構造を示すＣｏマイクロワイヤに成長する。
【００４９】
（実施例２）
バルクターゲット２１として、Ｆｅ６６Ｎｄ２８Ｄｙ４ Ｂ１ 組成（モル組成比）の９９％の純度の永久磁石（Ｅｄｍｕｎｄ製）を用い、キャリアガス２２としてＡｒガスを用い、流入速度を１００〜２００ｓｃｃｍに調節して、チャンバー１１内の圧力を６００〜７５０Ｔｏｒｒとし、レーザ光２３として２０〜３０ｍＪ／パルスのレーザ光をコバルト金属に照射してガラスからなる成長用基板４２上にＦｅＮｄＤｙＢナノクラスタワイヤ３３を成長させた。
【００５０】
図９参照
図９は、成長させたＦｅＮｄＤｙＢナノクラスタワイヤ３３を高分解能透過型電子顕微鏡（ＨＲＴＥＭ）によって撮影した顕微鏡写真を模写したものであり、この場合も直径が４〜８ｎｍのＦｅＮｄＤｙＢナノクラスタが一部溶融しながら積み重なっている状態を把握することができる。
【００５１】
このＦｅＮｄＤｙＢナノクラスタの結晶構造を解析するために、成長用基板としてＴＥＭのグリッドを構成するカーボンフィルムを用い、このカーボンフィルム上にＦｅＮｄＤｙＢナノクラスタワイヤ３３を成長させ、このＦｅＮｄＤｙＢナノクラスタワイヤ３３の電子線回折像を観察すると、完全にアモルファスであることが分かった。
【００５２】
このようにＦｅＮｄＤｙＢナノクラスタワイヤ３３はアモルファスであるが、強磁性体の特性を有していることは明らかである。
即ち、ＦｅＮｄＤｙＢナノクラスタワイヤ３３が強磁性を有していないと線状の成長が起こらないためである。
【００５３】
また、得られたＦｅＮｄＤｙＢナノクラスタワイヤ３３のモル組成比を電子プローブマイクロ分析計（ＥＰＭＡ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ−Ａｎａｌｙｚｅｒ）を用いて測定したところＦｅ６７．６Ｎｄ２６．８Ｄｙ３．２ Ｂ２．３ であり、バルクターゲット２１として用いた永久磁石のＦｅ６６Ｎｄ２８Ｄｙ４ Ｂ１ のモル組成比と極めて良好な一致が見られた。
【００５４】
図１０参照
図１０は、上述のようにカーボンフィルム上に成長させたＦｅＮｄＤｙＢナノクラスタワイヤ３３の直径Ｄ及び長さＬの成長時間依存性及びＬ／Ｄ比の成長時間依存性を示したものである。
【００５５】
図から明らかなように、直径Ｄは５〜１５ｎｍ程度で成長時間依存性は見られないものの、長さＬは時間とともに増大しているのが分かり、例えば、成長時間が３時間の場合にはＤ＝５〜１０ｎｍであり、Ｌ＝３０〜５０ｎｍである。
また、Ｌ／Ｄ比も時間とともに増大しているのが分かる。
したがって、上述の製造条件は、ナノクラスタワイヤの直径の増大には寄与せず、ナノクラスタワイヤの長さの増大に寄与することが理解される。
【００５６】
このように、バルクターゲットを用いることによって、Ｂ等の非金属的な元素を含んだ所望の組成比の複合ナノクラスタワイヤを再現性良く製造することができ、バルクターゲットとして強力な磁性を有するＦｅ６６Ｎｄ２８Ｄｙ４ Ｂ１ 永久磁石を用いた場合には、強力な磁性を有する複合ナノクラスタワイヤを作製することができる。
【００５７】
なお、このＦｅＮｄＤｙＢナノクラスタワイヤ３３の場合も、上述のＣｏナノクラスタワイヤ３２と同様に、成長時間が長くなると分岐構造を有する３次元的構造となり、さらに成長を続けると、直径がマイクロメータオーダーのＦｅＮｄＤｙＢマイクロワイヤとなる。
【００５８】
（実施例３）
バルクターゲット２１として、純度が９９．９９９％の高純度の鉄を用い、キャリアガス２２としてＡｒガスを用い、流入速度を１００〜２００ｓｃｃｍに調節して、チャンバー１１内の圧力を５０〜２００Ｔｏｒｒとし、レーザ光２３として２０〜３０ｍＪ／パルスのレーザ光を鉄に照射してガラスからなる成長用基板４２上にＦｅナノクラスタワイヤを成長させた。
【００５９】
成長時間を長く、例えば、１〜３時間とした場合、上述の繊維が絡み合った状態のマイクロワイヤではなく、マイクロメータオーダーの球状構造物が鎖状に連鎖したマイクロ球状連鎖ワイヤ（Ｍｉｃｒｏ−Ｓｐｈｅｒｅ−Ｃｈａｉｎ）が得られた。
【００６０】
図１１参照
図１１は、長時間成長させた場合に成長するマイクロ球状連鎖ワイヤ３４を高分解能透過型電子顕微鏡（ＨＲＴＥＭ）によって撮影した顕微鏡写真を模写したものであり、直径が〜３μｍの球状構造物が直線状に連鎖している状態を把握することができる。
【００６１】
この様に、チャンバー１１内の圧力を低下させることによって、繊維が絡み合った状態のマイクロワイヤではなく、マイクロメータオーダーの球状構造物が鎖状に連鎖したマイクロ球状連鎖ワイヤとすることができる。
【００６２】
以上、本発明の実施の形態及び具体的実施例を説明してきたが、本発明は実施の形態或いは実施例に記載された構成・条件に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の実施の形態においては、バルクターゲットとしてＣｏ，ＦｅＮｄＤｙＢ，Ｆｅを用いているが、この様な材料に限られるものではなく、ターゲット全体として磁性を有していれば、各種の磁性材料を用いることができるものである。
【００６３】
また、上記の実施の形態の説明においては、レーザ蒸発に用いるレーザ光として目視を可能にするためにＮｄ＋３：ＹＡＧレーザの二次高調波を用いているが、二次高調波に限られるものではなく、Ｎｄ＋３：ＹＡＧレーザの基本波、三次高調波、或いは、四次高調波を用いても良いものであり、さらには、エキシマレーザ等の他のレーザ光源を用いても良いものである。
【００６４】
また、上記の各実施例の説明においては、生成したナノクラスタを搬送するキャリアガスとしてＡｒガスを用いているが、Ａｒガスに限られるものではなく、Ｈｅ等の他の希ガスを用いても良いものである。
【００６５】
さらには、キャリアガスとして反応性ガスを用いることによって、レーザプラズマで発生させたターゲット蒸発物と反応性ガスとの反応生成物をクラスタとして用いても良いものである。
【００６６】
また、上記の各実施例の説明においては、成長用基板としてガラス基板を用い、或いは、顕微鏡写真を取得するためにグリッドを構成するカーボンフィルムを用いているが、成長用基板はガラス基板或いはカーボン基板に限られるものではなく、永久磁石からの磁束を透過することができるものであれば、どの様な材料を用いても良いものである。
【００６７】
また、上記の実施の形態は、新規なナノクラスタ構造物を含むナノワイヤ或いはナノロッド、さらには、それらが集合したマイクロ構造物を提供するものであるので、用途については特に言及していないが、磁性或いはナノ構造を利用する各種の用途に用いられるものであり、特定の用途に限られるものではない。
【００６８】
例えば、ＣｏＣｒＰｔ或いはＦｅＰｔからなるバルクターゲットを用いて磁性体ナノクラスタワイヤを製造し、これらをグラニュラ磁性粒子と同様に非磁性材料で被覆して磁気記録層としてディスク上に塗布しても良いものであり、それによって、磁気ディスクのノイズを低減することができる。
【００６９】
或いは、Ｎｉ等の触媒作用のある元素を含んだバルクターゲットを用いて磁性体ナノクラスタワイヤ或いは磁性体マイクロワイヤを製造することによって、体積に対する表面積を極端に大きくすることができ、それによって、優れた触媒を実現することができる。
【００７０】
さらには、成長用基板上に成長した磁性体ナノクラスタワイヤ或いは磁性体ナノクラスタロッドはそれ自体が１ビットのメモリ素子となるので、超高密度磁気メモリとしても期待されるものである。
【００７１】
【発明の効果】
本発明によれば、バルクターゲットを選択するだけで簡単な構成により、ほとんどの磁性体の純金属、合金、或いは、３次元系以上の複合材料からなる高純度の磁性体ナノクラスタワイヤ或いは磁性体ナノクラスタロッドを製造することができ、また、成長時間等の製造条件を制御することによって磁性体ナノクラスタワイヤ或いは磁性体ナノクラスタロッドの長さ或いは直径を制御することができ、さらには、雰囲気圧力等の製造条件を制御することによってマイクロ球状連鎖ワイヤ等の磁性体マイクロ構造物を構成することができ、新たな素材、化学物質の供給源として期待するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の実施の形態に用いる製造装置の概念的構成図である。
【図３】本発明の実施の形態の途中までの製造工程の説明図である。
【図４】本発明の実施の形態の図３以降の途中までの製造工程の説明図である。
【図５】本発明の実施の形態の図４以降の途中までの製造工程の説明図である。
【図６】本発明の実施の形態の図５以降の製造工程の説明図である。
【図７】Ｃｏナノクラスタワイヤの構造説明図である。
【図８】１０時間成長を行ったＣｏナノクラスタワイヤの構造説明図である。
【図９】ＦｅＮｄＤｙＢナノクラスタワイヤの構造説明図である。
【図１０】ＦｅＮｄＤｙＢナノクラスタワイヤの直径Ｄ及び長さＬの成長時間依存性及びＬ／Ｄ比の成長時間依存性の説明図である。
【図１１】マイクロ球状連鎖ワイヤの構造説明図である。
【符号の説明】
１ 成長用基板
２ ナノクラスタ構造
３ 磁性体線状ナノ構造物
１０ ナノクラスタ生成部
１１ チャンバー
１２ キャリアガス導入用ポート
１３ フランジ
１４ ガス導入管
１５ バルブ
１６ バルクターゲット導入用ポート
１７ フランジ
１８ ターゲット保持部材
１９ レーザ光導入用ポート
２０ 透過窓部材
２１ バルクターゲット
２２ キャリアガス
２３ レーザ光
２４ レーザプラズマ
２５ 磁性体ナノクラスタ
２６ 集合クラスタ
２７ 磁性体ナノクラスタロッド
２８ 磁性体ナノクラスタワイヤ
２９ 分岐部
３０ 磁性体ナノクラスタワイヤ
３１ 磁性体マイクロワイヤ
３２ Ｃｏナノクラスタワイヤ
３３ ＦｅＮｄＤｙＢナノクラスタワイヤ
３４ マイクロ球状連鎖ワイヤ
４０ ナノクラスタ堆積部
４１ 成長室
４２ 成長用基板
４３ フランジ
４４ 排気管
４５ 気圧ゲージ
４６ バルブ
４７ 永久磁石
４８ 磁力線
Claims (5)
- 少なくとも一部にナノクラスタ構造を含んでいることを特徴とする磁性体線状ナノ構造物。
- 上記磁性体線状ナノ構造物が枝状に分岐した分岐部を有することを特徴とする請求項１記載の磁性体線状ナノ構造物。
- 請求項１または２に記載の磁性体線状ナノ構造物を繊維状にからませて成長させたことを特徴とする磁性体線状マイクロ構造物。
- 一部にナノクラスタ構造を含んでいるマイクロメートルオーダーの球状部を鎖状に連鎖させたことを特徴とする磁性体線状マイクロ構造物。
- 少なくとも磁性金属元素を含むバルク試料にエネルギービームを照射してナノクラスタを生成する工程、前記ナノクラスタをキャリアガスによって磁場を印加した成長領域へ搬送する工程、前記成長領域において磁界による磁力線に沿って成長用基板上にナノ構造物を線状に成長させる工程とを含むことを特徴とする磁性体線状ナノ構造物の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003017844A JP2004228520A (ja) | 2003-01-27 | 2003-01-27 | 磁性体線状ナノ構造物、磁性体線状マイクロ構造物、及び、磁性体線状ナノ構造物の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003017844A JP2004228520A (ja) | 2003-01-27 | 2003-01-27 | 磁性体線状ナノ構造物、磁性体線状マイクロ構造物、及び、磁性体線状ナノ構造物の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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-
2003
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Cited By (2)
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| JP4558471B2 (ja) * | 2004-12-14 | 2010-10-06 | 富士通株式会社 | ナノ粒子およびナノ粒子の製造方法 |
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