(57)【要約】  本発明は、ナノチューブ（ｎｔ）を含む構造体を切断するためのデバイスに関し、そのデバイスは、構造体の方向に放出されるレーザパルスを直線偏光させることができる手段（レーザパルスの持続期間は略１フェムト秒から３００フェムト秒の間である）と、構造体の上に直線偏光したレーザパルスを集束させることができる手段とを含むことを特徴としている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同軸に沿って略整列したワイヤ状ナノスケール物体を含む構造体を切断するためのデバイスであって、
１フェムト秒から３００フェムト秒の間の幅のレーザパルス状のレーザビームを放出するレーザ源と、
放出された各レーザパルスのエネルギーを０．１μＪから１０ｍＪの間に調整する手段と、
放出されたレーザパルスの繰り返し周波数を１０Ｈｚから１０ｋＨｚの間に設定する手段と、
放出されたレーザパルスを直線偏光させる手段と、
前記構造体のワイヤ状ナノスケール物体の上に直線偏光したレーザパルスを集束させる手段と、
収容容器とを含み、
前記収容容器が、
ａ）レーザパルスの波長に対して透明な観測ポートと、
ｂ）切断される構造体が配置されるブラケットと、
ｃ）前記構造体のワイヤ状ナノスケール物体に対する前記レーザビームの相対的な変位を生じさせるように前記ブラケットを移動させる手段と、
ｄ）切断の結果として生じたデブリを前記収容容器から除去する手段とを含むことを特徴とするデバイス。
【請求項２】
前記放出された各レーザパルスのエネルギーを０．１μＪから１０ｍＪの間に調整する手段（Ｌｍ、Ｐ１）が、半波長レンズ（Ｌｍ）と、偏光子（Ｐ１）とを含み、前記放出されたレーザパルスの繰り返し周波数を１０Ｈｚから１０ｋＨｚの間に設定する手段が、ポッケルセル（ＰＫ）を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記放出されたレーザパルスを直線偏光させる手段（Ｐ２）が、ナノチューブの軸に平行な軸に沿って、又はナノチューブの軸に垂直な軸に沿って、レーザパルスを偏光させる、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記切断の結果として生じたデブリを前記収容容器から除去する手段が、前記構造体の近くに配置された加圧ガス流入口と、前記切断の結果として生じたデブリを前記収容容器の外に運ぶガスを排気する手段とを含む、請求項１から３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項５】
前記直線偏光したレーザパルスを集束させる手段が、前記ワイヤ状ナノスケール物体の軸に略垂直な軸を有する直線ビーム状のレーザパルスを集束させるデバイスから成る、請求項１から４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項６】
前記直線偏光したレーザパルスを集束させる手段が、前記ワイヤ状ナノスケール物体の軸に略垂直な平面を定めるレーザシート（Ｎｐ）状のレーザパルスを集束させるデバイスから成る、請求項１から４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項７】
請求項１から５のいずれか一項に記載のデバイスを用いてワイヤ状ナノスケール物体（ｎｔ）を含む構造体を切断するための方法であって、
ａ）前記構造体の上に集束された直線偏光したレーザビームが、前記構造体の厚さ方向を定める平坦な表面に略垂直な伝播方向を有し、
ｂ）前記構造体（Ｔ）が、前記平坦な表面に平行であり且つパルスの伝播方向に垂直な方向に沿って動かされる、方法。
【請求項８】
請求項６に記載のデバイスを用いてワイヤ状ナノスケール物体（ｎｔ）を含む構造体を切断するための方法であって、直線偏光したレーザパルスが、レーザシート（Ｎｐ）状で、前記構造体の厚さ方向において集束されて、前記レーザシート（Ｎｐ）が、前記構造体の厚さ方向によって定められる平面に略垂直な平面を定め、前記構造体が動かされる方向が、前記構造体の厚さ方向によって定められる平面に略垂直である、方法。
【請求項９】
前記構造体が、基板（Ｓｕ）に結合されたワイヤ状ナノスケール物体のカーペットから成り、切断工程が、前記基板から前記ワイヤ状ナノスケール物体のカーペットを剥離するものである、請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
前記構造体が、ワイヤ状ナノスケール物体のカーペット（Ｔ）を含み、切断工程が、前記ワイヤ状ナノスケール物体のカーペットを薄化することを含む、請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１１】
前記構造体が、頂部又は端部を有するワイヤ状ナノスケール物体のカーペットを含み、切断工程が、前記ワイヤ状ナノスケール物体の頂部又は端部を切断することを含む、請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１２】
前記ワイヤ状ナノスケール物体が、無機ナノチューブ、特に、イモゴライトナノチューブ、窒化ホウ素ナノチューブ（ＢＮ）、酸化亜鉛ナノチューブ（ＺｎＯ）、窒化ガリウムナノチューブ（ＧａＮ）、窒化シリコンナノチューブ（Ｓｉ３Ｎ４）、二硫化タングステンナノチューブ（ＷＳ２）、二硫化モリブデンナノチューブ（ＭｏＳ２）、セレン化タングステンナノチューブ（ＷＳｅ２）、セレン化モリブデンナノチューブ（ＭｏＳｅ２）、二酸化チタンナノチューブ（ＴｉＯ２）、三酸化モリブデンナノチューブ（ＭｏＯ３）、及びこれら混合物から成る群から選択された無機ナノチューブである、請求項７から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記ワイヤ状ナノスケール物体が、有機ナノチューブ、特に、カーボンナノチューブ、ペプチドナノチューブ、環状ペプチドナノチューブ、膜貫通分子ナノチューブ、クラウンエーテルナノチューブ、ポリフェリンナノチューブ、アクアポリンナノチューブ、グラミシジンナノチューブ、ポリマーナノチューブ、有機分子の自己組織化によって形成されたナノチューブ、及びこれらの混合物から成る群から選択された有機ナノチューブである、請求項７から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記ワイヤ状ナノスケール物体が、ナノワイヤ、特に、金（Ａｕ）ナノワイヤ、銀（Ａｇ）ナノワイヤ、ニッケル（Ｎｉ）ナノワイヤ、プラチナ（Ｐｔ）ナノワイヤ、シリコン（Ｓｉ）ナノワイヤ、窒化ガリウム（ＧａＮ）ナノワイヤ、リン化インジウム（ＩｎＰ）ナノワイヤ、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）ナノワイヤ、二酸化チタン（ＴｉＯ２）ナノワイヤ、酸化亜鉛（ＺｎＯ）ナノワイヤ、１，５‐ジアミノアントラキノンナノワイヤ、ＤＮＡナノワイヤ、ナノチューブから成るナノワイヤ、及びこれらの混合物から成る群から選択されたナノワイヤである、請求項７から１１のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤ状ナノスケール物体を含む構造体を切断するためのデバイスに関する。本発明は、本発明のデバイスによって実施される切断方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
“ワイヤ状ナノスケール物体”との用語は、特にナノチューブ又はナノワイヤを意味する。
【０００３】
“ワイヤ状ナノスケール物体を含む構造体”との表現は、例えば、ポリマー中に包み込まれたナノチューブカーペット状のナノチューブ含有複合体や、ナノチューブカーペットのみから成る構造体を意味する。
【０００４】
“ワイヤ状ナノスケール物体を含む構造体を切断”との表現は、例えば、ナノチューブカーペットをそれが付着している基板から分離する工程や、例えば一枚のナノチューブカーペットから複数の別々のナノチューブカーペットを形成するために、ナノチューブカーペットを薄化する工程や、ナノチューブカーペットのナノチューブの頂部を開く工程を意味する。
【０００５】
カーボンナノチューブカーペットは、例えば、基板上での適切な合成によって形成可能である。その後、ナノチューブカーペットを基板から分離する必要がある。
【０００６】
従来技術によると、ナノチューブカーペットをそのカーペットが付着している基板から分離又は剥離することは、達成するのが難しい。
【０００７】
薄いカーペットの場合（例えば、１００μｍ以下の薄さのカーペット）、分離はほぼ不可能であるとわかっている。特許文献１には、“リフトオフ”との名称で知られるマイクロエレクトロニクスの方法によって、ナノチューブカーペットを剥離することが開示されている。ナノチューブカーペットは、ナノ秒レーザ（数ナノ秒のパルス幅で発光するレーザ）を用いて、複数の片に剥離される。この剥離の欠点は、カーペット全体を剥離することができない点だけではなく、片を剥離した際にナノチューブの配向を保持することができない点である。本発明はこうした欠点を有さない。
【０００８】
従来技術では、ナノチューブカーペットの薄化は、機械研磨、化学機械研磨、化学的エッチング、又はプラズマエッチングによって行われる。こうした薄化方法はそれぞれ、多くの欠点を有する。機械研磨による薄化の欠点は、物質のかなりの損失、過度に長い作用期間（最終的な研磨速度は、数十ナノメートル／分であり、ナノチューブを包み込む物質に依存する）、処理可能な表面の制限（最大１２インチのウェーハ）、連続的な薄化を適用することができない点である。化学機械研磨による薄化の欠点は、作用期間が短い点を除けば、機械研磨の欠点とほぼ同じである。
【０００９】
しかしながら、追加的な欠点は、化学薬品の使用である。化学的エッチングの欠点は、化学薬品の使用に加えて、不正確な切断と、ナノチューブの損傷である。プラズマエッチングの欠点は、主に、作用速度（研磨速度は数十ナノメートル／分であり、ナノチューブを包み込む物質に依存する）と、ナノチューブの損傷である。
【００１０】
本発明の薄化方法はこうした欠点を有さない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】国際公開第２００７／１４９１０９号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、同じ軸にそって略整列したワイヤ状ナノスケール物体を含む構造体を切断するためのデバイスに関し、そのデバイスは：
‐  １フェムト秒と３００フェムト秒との間の幅のレーザパルス状のレーザビームを放出することができるレーザ源と；
‐  放出された各レーザパルスのエネルギーを０．１μＪから１０ｍＪの間に調整することができる手段と；
‐  放出されたレーザパルスの繰り返し周波数を１０Ｈｚから１０ｋＨｚの間に設定することができる手段と；
‐  放出されたレーザパルスを直線偏光させることができる手段と；
‐  構造体のワイヤ状ナノスケール物体の上に直線偏光したレーザパルスを集束させることができる手段と；
‐  収容容器とを含み、その収容容器は：
ａ）レーザパルスの波長に対して透明な観測ポートと、
ｂ）切断される構造体が配置されるブラケットと、
ｃ）構造体のワイヤ状ナノスケール物体に対するレーザビームの相対的な変位を生じさせるようにブラケットを移動させることができる手段と、
ｄ）切断の結果として生じたデブリを容器から除去する手段とを含むことを特徴としている。
【００１３】
“レーザパルスを集束させることができる手段”との用語は、単一点（この場合、“集束点（焦点）”と呼ばれる）、レーザパルスの伝播方向に垂直な直線セグメント（レーザシートの場合）、又はレーザパルスの伝播方向に平行な線（アキシコンの場合）にレーザパルスの最大エネルギーを集中させることができる光学手段を意味する。
【００１４】
また、本発明は、本発明の切断デバイスによって実施されるワイヤ状ナノスケール物体を含む構造体を切断するための方法にも関する。
【００１５】
上述のように、“ワイヤ状ナノスケール物体を含む構造体を切断”との表現は、例えば、ナノチューブカーペットをそれが付着している基板から分離する工程や、例えば一枚のナノチューブカーペットから複数の別々のナノチューブカーペットを形成するためにナノチューブカーペットを薄化したり、ナノチューブカーペットのナノチューブの頂部を開いたりすることを意味するものとして理解されるものである。
【００１６】
本発明の切断方法は、有利には、例えば非常に薄いナノチューブカーペット（典型的には１００μｍ、またはそれ以下）の形成をもたらす。
【００１７】
以下の説明において、本発明のワイヤ状ナノスケール物体を切断するための方法は、ナノチューブの切断に関する。しかしながら、より一般的には、本発明の切断方法は、あらゆる種類のワイヤ状ナノスケール物体の切断に関し、例えば、以下のものが挙げられる：
‐  無機ナノチューブ、特に、イモゴライトナノチューブ、窒化ホウ素ナノチューブ（ＢＮ）、酸化亜鉛ナノチューブ（ＺｎＯ）、窒化ガリウムナノチューブ（ＧａＮ）、窒化シリコンナノチューブ（Ｓｉ３Ｎ４）、二硫化タングステンナノチューブ（ＷＳ２）、二硫化モリブデンナノチューブ（ＭｏＳ２）、セレン化タングステンナノチューブ（ＷＳｅ２）、セレン化モリブデンナノチューブ（ＭｏＳｅ２）、二酸化チタンナノチューブ（ＴｉＯ２）、三酸化モリブデンナノチューブ（ＭｏＯ３）、及びこれら混合物から成る群から選択された無機ナノチューブ；
‐  有機ナノチューブ、特に、カーボンナノチューブ、ペプチドナノチューブ、環状ペプチドナノチューブ、膜貫通分子ナノチューブ、クラウンエーテルナノチューブ、ポリフェリンナノチューブ、アクアポリンナノチューブ、グラミシジンナノチューブ、ポリマーナノチューブ、有機分子の自己組織化によって形成されたナノチューブ、及びこれらの混合物から成る群から選択された有機ナノチューブ；
‐  ナノワイヤ、特に、金（Ａｕ）ナノワイヤ、銀（Ａｇ）ナノワイヤ、ニッケル（Ｎｉ）ナノワイヤ、プラチナ（Ｐｔ）ナノワイヤ、シリコン（Ｓｉ）ナノワイヤ、窒化ガリウム（ＧａＮ）ナノワイヤ、リン化インジウム（ＩｎＰ）ナノワイヤ、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）ナノワイヤ、二酸化チタン（ＴｉＯ２）ナノワイヤ、酸化亜鉛（ＺｎＯ）ナノワイヤ、１，５‐ジアミノアントラキノンナノワイヤ、ＤＮＡ（デオキシリボ核酸）ナノワイヤ、ナノチューブから成るナノワイヤ、及びこれらの混合物から成る群から選択されたナノワイヤ。
【００１８】
本発明がカーボンナノチューブに関する場合、カーボンナノチューブは、単層ナノチューブ、二層ナノチューブ、又は多層ナノチューブであり得る。ナノチューブの密度は、例えば、１０４から１０１３個のナノチューブ／ｃｍ２の間、特に、１０８から１０１１個のナノチューブ／ｃｍ２である。ナノチューブの内径は、例えば、０．５ｎｍから１００ｎｍの間（特に０．５ｎｍから１０ｎｍの間）であり、外径は、例えば、０．５ｎｍから５００ｎｍの間（特に１ｎｍから１００ｎｍの間）である。
【００１９】
本発明の他の特徴及び利点は、添付図面を参照して実施形態を読むことによって明らかになるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の方法に係る横からのエッチングによってナノチューブカーペットを切断する工程を概略的に示す。
【図２】本発明の方法に係る深い被写界深度で横からのエッチングによってナノチューブカーペットを切断する工程を概略的に示す。
【図３】本発明の方法に係るレーザシートを用いてナノチューブカーペットを切断する工程を概略的に示す。
【図４】本発明に係るナノチューブカーペットを剥離する工程を概略的に示す。
【図５】本発明の方法に係るナノチューブを斜めに切断する工程によって得られたナノチューブカーペットを示す。
【図６】本発明の方法を実施することができるナノチューブカーペットを切断するためのデバイスの概略図を示す。
【図７】図６に示されるデバイスの素子の特定の一実施形態を示す。
【図８】本発明の好ましい実施形態に係る図６のデバイスを構成する素子を示す。
【図９】本発明の切断方法を実施するのに用いられるレーザパルス信号の形成を示す。
【図１０】本発明の方法によって得られた切断結果の写真を例として示す。
【図１１】本発明の方法によって得られた切断結果の写真を例として示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
全ての図面において、同じ参照符号は同じ要素を指称する。
【００２２】
図１は、本発明に係る横方向からのエッチングによってナノチューブカーペットを切断する工程を概略的に示す。
【００２３】
レーザ源Ｓから放出されたレーザパルスのビームＦが、集束デバイスＬによって、ナノチューブｎｔのカーペットＴに横向きに集束される。ナノチューブｎｔは、ナノチューブを保持するポリマーＰ内に包み込まれる。しかしながら、より一般的に、本発明は、特に有利には、ナノチューブがポリマーに包み込まれておらず、ナノチューブ間のファンデルワールス力のみがカーペットを保持する場合にも関する。ビームＦは、側面からカーペットをエッチングする。
【００２４】
カーペットは、ビームＦのパルスの伝播軸に略垂直な方向ｄ１に沿って直線的に移動する。方向ｄ１は、図１に示されるように単方向であるか、双方向（往復運動）であり得る。これによって、レーザパルスがナノチューブカーペットに徐々に侵入して、最終的には、二枚のナノチューブカーペットが、元々のカーペットＴから形成される。
【００２５】
元々のカーペットＴは、例えば、厚さ１から数ミリメートルであって、また、例えば、長さ１センチメートルから数十センチメートルのものである。切断工程を複数回繰り返して、複数のナノチューブカーペットを形成することが可能であり、その長さは、元々のカーペットＴの長さに等しく、その厚さは、有利には、非常に小さな値、例えば、±５μｍの精度で、１００μｍ以下となり得る。
【００２６】
本発明の特定の一実施形態では、複数のナノチューブカーペットを、一つ又は複数のレーザ源から放出される複数の平行なレーザビームを用いて、形成することができる。そのため（図６を参照）、上述のような切断を達成するように、レーザパルスは、好ましくは、以下のパラメータによって特徴付けられる：
‐  １フェムト秒から３００フェムト秒の間の持続期間；
‐  所望の持続期間を有するパルスの発生に適合可能な波長（例えば８００ｎｍ）；
‐  １０Ｈｚから１００ｋＨｚの間の繰り返し周波数；
‐  レーザビームのパルスの直線偏光；
‐  ０．１μＪから１０ｍＪの間の各パルスのエネルギー；
‐  ０．１ｃｍから数センチメートルの間のレーザビームの直径。
【００２７】
図２は、本発明の方法に係る深い被写界深度でナノチューブカーペットを切断する工程を概略的に示す。
【００２８】
レーザビームＦのパルスは、この場合、レーザビーム軸の数センチメートルの距離にわたって集束可能なデバイス（例えば、円錐レンズ、又はアキシコンＡ）を用いて集束される。切断を達成するため、ナノチューブカーペットＴは、ビームＦの伝播軸に略垂直な方向ｄ１において、ビームＦに対して動かされる。この場合、ナノチューブカーペットの切断は、二枚の別々のカーペットの形成をもたらす。明確性のため、図２は、ナノチューブカーペットの横からの影響に対するレーザビームの作用のみを示し、形成される二枚のナノチューブカーペットは示されていない。
【００２９】
図３は、本発明に係るレーザシートを用いてナノチューブカーペットを切断する工程を概略的に示す。
【００３０】
レーザビームＦのパルスは、この場合、レーザビームの軸に垂直に数センチメートルの距離にわたって集束可能なデバイス（例えば、円柱レンズＬＮ）を用いて集束される。レーザビームＦは、レーザシートＮｐ状に広げられる。切断を達成するため、ナノチューブカーペットを、レーザシートＮｐに略平行であり且つナノチューブカーペットの厚さ方向に垂直な方向ｄ２において、レーザ源Ｓに向けて移動させる。
【００３１】
この場合も、ナノチューブカーペットの切断によって、二枚の別々のカーペットが形成される。明確性のため、図３は、ナノチューブカーペットの横からの影響に対するレーザビームの作用のみを示し、形成される二枚のナノチューブカーペットは示されていない。
【００３２】
図４は、ナノチューブカーペットと、その上にカーペットが形成された基板Ｓｕから成る複合体を切断する工程を示す。複合体の切断は、レーザパルスのビームＦを用いて、ナノチューブカーペットを基板Ｓｕからリフトオフする。レーザパルスの特性は、例えば、図１を参照して上述した特性の範囲内である。
【００３３】
図５は、本発明の方法に係るその一部が斜めに加工されるナノチューブカーペットを示す。このような結果を得るため、レーザビームは、ナノチューブカーペットを斜めにエッチングして、有利には、あらゆる入射角で行うことができる。
【００３４】
図６は、本発明の方法を実施することができるデバイスの概略図を示す。
【００３５】
本デバイスは、レーザパルスｌの源ＳＬと、パルスビームＦとしてレーザパルスｌを成形することができるデバイスＤと、ビームＦを集束するためのデバイスＬと、収容容器Ｅとを含み、その容器内において、切断されるサンプルＥｃｈが支持体上に配置されて、その支持体は、容器内においてスライド及び／又は回転可能である。
【００３６】
レーザ源ＳＬによって放出されるレーザパルスｌの持続期間は、例えば、数十フェムト秒である。より一般的には、レーザパルスの持続期間は１フェムト秒から３００フェムト秒の間である。後述の図８からより明らかになるように、レーザパルスを成形するためのデバイスＤは、レーザパルスのエネルギーを調整することができる手段と、レーザパルスの繰り返し周波数を調整することができる手段と、レーザパルスを直線偏光させることができる手段とを含む、直線偏光したレーザパルスは一般的に、ナノチューブの軸に沿った成分と、ナノチューブの軸に垂直な軸に沿った成分とを有する。レーザパルスの偏光は、ナノチューブのカイラリティに依存し得る。好ましくは、ナノチューブの直線偏光は、ナノチューブの軸に平行であるか、ナノチューブの軸に垂直である。デバイスＤによって伝えられる成形パルスは、集束デバイスＬによって集束される。集束デバイスＬは、例えば、一つ以上のレンズ、又は一つ以上のアキシコンから成る。パルスビームの集束スポットの直径は、集束光学系の選択によって決められる。この直径は典型的には１０μｍから５００μｍの間であり、好ましくは２０μｍから８０μｍの間である。レイリー長も、集束光学系の選択によって決められる。
【００３７】
レイリー長は典型的には２．５ｍｍから５０ｃｍの間である。例えば、長いレイリー長を得るために、アキシコンが選択される。サンプルに対する所望のレーザビームの流束量（フリューエンス、エネルギー密度）は、各レーザパルスのエネルギーの選択と、サンプル内の集束スポットの直径の選択との組み合わせによって得られる。典型的には、流束量は、所望の使用に応じて、１μＪ／ｃｍ２から２０Ｊ／ｃｍ２の間である。非限定的な例として、３０ｃｍに等しい焦点距離のレンズＬ、直径７ｍｍの入射ビーム、パルスごとに１００μＪのパルスに対して、流束量は３Ｊ／ｃｍ２である。この場合、レイリー長は１ｃｍである。容器Ｅ内に配置されたサンプルＥｃｈは、座標（ｘ，ｙ，ｚ）を参照して、容器Ｅ内の空間内をスライド及び／又は回転可能であり、ここで、平面ｚ＝０が、複合体の表面に平行な平面である。ビームＦの波長に対して透明な観測ポートＨを、容器Ｅの壁に形成して、集束パルスが通り抜けてサンプルに到達することを可能にする。加圧アルゴンＡｒを容器内に導入して、ポンピングデバイスＰを用いて、カーテンＲ状のアルゴンが、容器の頂部から排気される。構造体を切断する工程は、デブリ（屑）ｄの形成を伴う。デブリｄは、アルゴン流Ｒによって運ばれて、アルゴンカーテンを用いて容器Ｅの外に排出される。
【００３８】
図７は、図６に示されるデバイスに可能な追加例を示す。
【００３９】
図７の具体的な素子は、サンプルの上にデブリが堆積することを防止するためのシステムである。この場合、毛細管Ｃｐを用いて、アルゴンがサンプルに可能な限り近く到達する。アルゴン流量の“高い”値が、切断中に、カーペットの切断部の上に放出されたデブリが堆積することを顕著に低下させる。形成されるデブリｄは、ガス（ポンピングシステム）を用いて、容器から排出される。
【００４０】
図８は、源ＳＬによって伝えられたレーザパルスを成形することができるデバイスＤの好ましい一実施形態の詳細図を示す。デバイスＤは、レーザパルスのエネルギーを調整することができる手段（Ｌｍ、Ｐ１）と、レーザパルスの繰り返し周波数を調整することができる手段（ＰＫ）と、レーザパルスを直線偏光させることができる手段（Ｐ２）とを含む。好ましい一実施形態では、デバイスＤは、レーザパルスを所望の方向に整列させることができるデバイス（例えば、ミラーＭｒ）も含む。
【００４１】
レーザパルスのエネルギーを調整することができる手段は、例えば、半波長板Ｌｍと、第一の直線偏光子Ｐ１とを含む。繰り返し周波数を調整することができる手段は、例えば、偏光子と、制御信号ｋによって制御されるポッケルセルＰＫとから成る。パルスを直線偏光させる手段は、例えば、偏光子Ｐ２から成る。半波長板Ｌｍ及び偏光子Ｐ１は、各レーザパルスのエネルギーが０．１μＪから１０ｍＪの間（好ましくは１μＪから１００μＪの間）となるようにレーザパルスのエネルギーを調整することを可能にする。
【００４２】
そのエネルギーが調整されたレーザパルスは、ポッケルセルＰＫに入射し、そのポッケルセルＰＫは、レーザパルスの繰り返し周波数を、選択された作用に望まれる値に調整することを可能にする。ポッケルセルに入射するパルスｌの繰り返し周波数は略１ｋＨｚから１０ｋＨｚの間である。ポッケルセルから出て行くパルスの繰り返し周波数は、好ましくは、１０Ｈｚから入射パルスの繰り返し周波数との間の値に調整される。レーザパルスの繰り返し周波数は、所望の切断速度に応じて調整される。繰り返し周波数が高くなるほど、より速い切断が得られる。しかしながら、繰り返し周波数を、レーザビームに対する相対的なサンプルの移動速度に適合するように低下させる必要がある。この繰り返し周波数の低下の理由は、サンプル上にレーザパルスが局所的に重なること（有害な熱的影響をもたらす）を制限する必要があるからである。非限定的な例として、サンプルの移動速度は１００μｍ／ｓから１．５ｍｍ／ｓの間であり得る。
【００４３】
図９は、レーザ源によって放出されたパルスｌからビームＦのパルスを形成するプロセスを示す。三つの異なる信号が図９に示されていて、具体的には、
‐  繰り返し周波数ｆｌ（例えば１ｋＨｚに等しい）でレーザ源によって放出されるパルスｌ；
‐  “ＯＮ”状態又は“ＯＦＦ”状態に応じてパルス伝達を許可又は拒絶するポッケルセルの制御信号ｋ；
‐  偏光子Ｐ２の出力において伝えられるパルスのビームＦ（その繰り返し周波数ｆＦは例えば５００Ｈｚから１ｋＨｚの間である）。
【００４４】
表１に、非限定的な例として、所望の作用に応じたレーザビームＦのパルスの複数の特性（流束量及び繰り返し周波数）をまとめる。
【００４５】
【表１】
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【００４６】
本発明のデバイスは、蓄積されるエネルギーを、パルスファイヤ及び単位面積で制御することを有利に可能にする。
【００４７】
このための主な調整パラメータは以下のとおりである：
‐  パルスのエネルギー；
‐  パルスの繰り返し周波数；  及び
‐  切断工程中の複合体のスライド速度（これは、連続的なパルスの空間的重なりの割合に関する）。
【００４８】
図１０及び図１１は、本発明の方法によって得られた切断結果の写真を示す。この場合、ナノチューブカーペットは斜めに加工されている。図１０はナノチューブカーペットの上面図を示し、図１１はナノチューブカーペットの側面図を示す。これらの写真は、本発明の方法に係る切断の正確性及び清浄性を明確に示している。
【符号の説明】
【００４９】
Ｆ  ビーム
Ｌ  集束デバイス
ｎｔ  ナノチューブ
Ｐ  ポリマー
Ｓ  レーザ源
Ｔ  カーペット
【図１】
2014506191.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2014506191.tif 000009
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年10月11日(2012.10.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同軸に沿って略整列したワイヤ状ナノスケール物体を含む構造体を切断するためのデバイスであって、
１フェムト秒から３００フェムト秒の間の幅のレーザパルス状のレーザビームを放出するレーザ源と、
放出された各レーザパルスのエネルギーを０．１μＪから１０ｍＪの間に調整する手段と、
放出されたレーザパルスの繰り返し周波数を１０Ｈｚから１０ｋＨｚの間に設定する手段と、
レーザパルスが前記ナノスケール物体の軸に沿った第一の成分及び／又は前記ナノスケール物体の軸に垂直な軸に沿った第二成分から成るように、放出されたレーザパルスを直線偏光させる手段と、
レーザパルスのビームの集束スポットが１０μｍから５００μｍの間になるように、数センチメートルの距離にわたって前記構造体の上に直線偏光したレーザパルスを集束させる手段と、
収容容器とを含み、
前記収容容器が、
ａ）レーザパルスの波長に対して透明な観測ポートと、
ｂ）切断される構造体が配置されるブラケットと、
ｃ）前記構造体のワイヤ状ナノスケール物体に対する前記レーザビームの相対的な変位を生じさせるように前記ブラケットを移動させる手段と、
ｄ）切断の結果として生じたデブリを前記収容容器から除去する手段とを含むことを特徴とするデバイス。
【請求項２】
前記放出された各レーザパルスのエネルギーを０．１μＪから１０ｍＪの間に調整する手段（Ｌｍ、Ｐ１）が、半波長レンズ（Ｌｍ）と、偏光子（Ｐ１）とを含み、前記放出されたレーザパルスの繰り返し周波数を１０Ｈｚから１０ｋＨｚの間に設定する手段が、ポッケルセル（ＰＫ）を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記切断の結果として生じたデブリを前記収容容器から除去する手段が、前記構造体の近くに配置された加圧ガス流入口と、前記切断の結果として生じたデブリを前記収容容器の外に運ぶガスを排気する手段とを含む、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記直線偏光したレーザパルスを集束させる手段が、前記ワイヤ状ナノスケール物体の軸に略垂直な軸を有する直線ビーム状のレーザパルスを集束させる少なくとも一つの円錐レンズ又は少なくとも一つのアキシコン（Ａ）から成る、請求項１から３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項５】
前記直線偏光したレーザパルスを集束させる手段が、前記ワイヤ状ナノスケール物体の軸に略垂直な平面を定めるレーザシート（Ｎｐ）状のレーザパルスを集束させる円柱レンズ（ＬＮ）から成る、請求項１から３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載のデバイスを用いてワイヤ状ナノスケール物体（ｎｔ）を含む構造体を切断するための方法であって、
ａ）前記構造体の上に集束された直線偏光したレーザパルスが、前記構造体の厚さ方向を定める平坦な表面に略垂直な伝播方向を有し、
ｂ）前記構造体（Ｔ）が、前記平坦な表面に平行であり且つパルスの伝播方向に垂直な方向に沿って動かされる、方法。
【請求項７】
請求項６に記載のデバイスを用いてワイヤ状ナノスケール物体（ｎｔ）を含む構造体を切断するための方法であって、直線偏光したレーザパルスが、レーザシート（Ｎｐ）状で、前記構造体の厚さ方向において集束されて、前記レーザシート（Ｎｐ）が、前記構造体の厚さ方向によって定められる平面に略垂直な平面を定め、前記構造体が動かされる方向が、前記構造体の厚さ方向によって定められる平面に略垂直である、方法。
【請求項８】
前記構造体が、基板（Ｓｕ）に結合されたワイヤ状ナノスケール物体のカーペットから成り、切断工程が、前記基板から前記ワイヤ状ナノスケール物体のカーペットを剥離するものである、請求項６又は７に記載の方法。
【請求項９】
前記構造体が、ワイヤ状ナノスケール物体のカーペット（Ｔ）を含み、切断工程が、前記ワイヤ状ナノスケール物体のカーペットを薄化することを含む、請求項６又は７に記載の方法。
【請求項１０】
前記構造体が、頂部又は端部を有するワイヤ状ナノスケール物体のカーペットを含み、切断工程が、前記ワイヤ状ナノスケール物体の頂部又は端部を切断することを含む、請求項６又は７に記載の方法。
【請求項１１】
前記ワイヤ状ナノスケール物体が、無機ナノチューブ、特に、イモゴライトナノチューブ、窒化ホウ素ナノチューブ（ＢＮ）、酸化亜鉛ナノチューブ（ＺｎＯ）、窒化ガリウムナノチューブ（ＧａＮ）、窒化シリコンナノチューブ（Ｓｉ３Ｎ４）、二硫化タングステンナノチューブ（ＷＳ２）、二硫化モリブデンナノチューブ（ＭｏＳ２）、セレン化タングステンナノチューブ（ＷＳｅ２）、セレン化モリブデンナノチューブ（ＭｏＳｅ２）、二酸化チタンナノチューブ（ＴｉＯ２）、三酸化モリブデンナノチューブ（ＭｏＯ３）、及びこれら混合物から成る群から選択された無機ナノチューブである、請求項６から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記ワイヤ状ナノスケール物体が、有機ナノチューブ、特に、カーボンナノチューブ、ペプチドナノチューブ、環状ペプチドナノチューブ、膜貫通分子ナノチューブ、クラウンエーテルナノチューブ、ポリフェリンナノチューブ、アクアポリンナノチューブ、グラミシジンナノチューブ、ポリマーナノチューブ、有機分子の自己組織化によって形成されたナノチューブ、及びこれらの混合物から成る群から選択された有機ナノチューブである、請求項６から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記ワイヤ状ナノスケール物体が、ナノワイヤ、特に、金（Ａｕ）ナノワイヤ、銀（Ａｇ）ナノワイヤ、ニッケル（Ｎｉ）ナノワイヤ、プラチナ（Ｐｔ）ナノワイヤ、シリコン（Ｓｉ）ナノワイヤ、窒化ガリウム（ＧａＮ）ナノワイヤ、リン化インジウム（ＩｎＰ）ナノワイヤ、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）ナノワイヤ、二酸化チタン（ＴｉＯ２）ナノワイヤ、酸化亜鉛（ＺｎＯ）ナノワイヤ、１，５‐ジアミノアントラキノンナノワイヤ、ＤＮＡナノワイヤ、ナノチューブから成るナノワイヤ、及びこれらの混合物から成る群から選択されたナノワイヤである、請求項６から１０のいずれか一項に記載の方法。
【国際調査報告】
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