不要なCNTを一瞬で消去、超短パルスレーザー活用の次世代ナノ加工プロセス：研究開発の最前線

微細なナノ構造を熱ダメージなく加工する新手法が登場した。東京理科大学などは、CNTの「特定の光を吸収し、別の光を透過する」性質に着目。超短パルスレーザーで不要なCNTのみを選択的に蒸発させ、局所的に高精度な配向構造を作り出すことに成功した。

[MONOist]

　東京理科大学は2026年8月5日、無配向な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することで、特定方向に並んだ構造を局所的に形成する光後加工プロセス技術を開発したと発表した。産業技術総合研究所、大阪大学、理化学研究所との共同研究による成果だ。

　今回の研究では、チューブ（筒）の長さ方向に対して平行な偏光を強く吸収し、垂直な偏光はほぼ透過するというCNTの光学的異方性（偏光特性）に着目。特定方向に偏光した超短パルスレーザーを無配向のCNT膜に照射すると、偏光とチューブ軸が垂直ではないCNTは光を吸収して蒸発するが、垂直なCNTは破壊されずに残る。

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［クリックで拡大］ 出所：東京理科大学

　この原理を活用し、パルス幅が数十ピコ秒以下の超短パルスレーザーを照射することで周囲への熱拡散を抑えた非熱的なナノ構造加工を可能にした。光を吸収したCNTだけが一瞬で蒸発するため、CNTの配向方位をピンポイントで調整。サブマイクロメートルの空間解像度で、高い配向品質の形成に成功した。

　同技術で作製した局所配向CNTは、配向度を示す2Dネマティック秩序パラメーターが0.93、偏光子としての性能指標となる吸光度比が24.7倍を記録した。これは、従来の大面積配向技術の最高水準と同等で、優れた電気的、光学的異方性を有する。低エネルギーのレーザー照射により、不要な分散剤を選択的に除去し、CNT膜の結晶品質を向上させる洗浄効果も確認している。

　高精度な位置制御性と空間解像度により、マイクロメートル規模の狭い領域内に4つの異なる方位（0度、45度、90度、135度）のCNTを高密度集積できる。ワンショットで偏光画像を撮像する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への応用が期待される。

開発技術でオンチップ形成された複雑なCNT複合構造体［クリックで拡大］ 出所：東京理科大学

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