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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024103310
(43)【公開日】2024-08-01
(54)【発明の名称】ナノワイヤ構造体
(51)【国際特許分類】
H10N 60/00 20230101AFI20240725BHJP
H10N 60/83 20230101ALI20240725BHJP
C23C 14/06 20060101ALI20240725BHJP
H01L 29/06 20060101ALI20240725BHJP
B82Y 10/00 20110101ALI20240725BHJP
【ＦＩ】
H10N60/00 Z
H10N60/83 ZAA
C23C14/06 F
H01L29/06 601L
H01L29/06 601N
B82Y10/00
【審査請求】未請求
【請求項の数】22
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023007578
(22)【出願日】2023-01-20
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り １．電気通信回線を通じた公開（発表要旨のウェブサイトへの掲載） 集会名：令和３年度 京都大学大学院理学研究科 修士論文発表会、掲載日：令和４年１月２１日、掲載アドレス ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｃｐｈｙｓ．ｋｙｏｔｏ－ｕ．ａｃ．ｊｐ／ｅｄｕｃａｔｉｏｎ／２０２２＿３／Ｒ３＿Ｍ２＿ａｂｓｔｒａｃｔ．ｐｄｆ ２．集会での発表による公開 集会名：令和３年度 京都大学大学院理学研究科 修士論文発表会、発表日：令和４年１月３１日 ３．電気通信回線を通じた公開（学会発表要旨のウェブサイトへの掲載） 学会名：一般社団法人日本物理学会 第７７回年次大会（２０２２年）、掲載日：令和４年３月１日、掲載アドレス：ｈｔｔｐｓ：／／ｊｐｓ２０２２ｓ．ｇａｋｋａｉ－ｗｅｂ．ｎｅｔ／ｄａｔａ／ｐｄｆ／１５ｐＧＢ３２－０８．ｐｄｆ ４．電気通信回線を通じた公開（学会発表要旨のウェブサイトへの掲載） 学会名：一般社団法人日本物理学会 第７７回年次大会（２０２２年）、掲載日：令和４年３月１日、掲載アドレス：ｈｔｔｐｓ：／／ｊｐｓ２０２２ｓ．ｇａｋｋａｉ－ｗｅｂ．ｎｅｔ／ｄａｔａ／ｐｄｆ／１６ａＧＥ１１－０５．ｐｄｆ ５．集会（学会）での発表による公開 学会名：一般社団法人日本物理学会 第７７回年次大会（２０２２年）、発表日：令和４年３月１５日 ６．集会（学会）での発表による公開 学会名：一般社団法人日本物理学会 第７７回年次大会（２０２２年）、発表日：令和４年３月１６日 ７．電気通信回線を通じた公開（発表要旨のウェブサイトへの掲載） 集会名：東京大学物性研究所 ＩＳＳＰ ｗｏｒｋｓｈｏｐ／物性研究所短期研究会“Ｆｒｏｎｔｉｅｒ ｏｆ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｐｒｏｂｅ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ ａｎｄ ｒｅｌａｔｅｄ ｎａｎｏ ｓｃｉｅｎｃｅ”「機能的走査プローブ顕微鏡の新展開」、掲載日：令和４年３月２２日、掲載アドレス：ｈｔｔｐｓ：／／ｈａｓｅｇａｗａ．ｉｓｓｐ．ｕ－ｔｏｋｙｏ．ａｃ．ｊｐ／ｗｏｒｋｓｈｏｐ２０２２
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り ８．集会での発表による公開 集会名：東京大学物性研究所 ＩＳＳＰ ｗｏｒｋｓｈｏｐ／物性研究所短期研究会“Ｆｒｏｎｔｉｅｒ ｏｆ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｐｒｏｂｅ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ ａｎｄ ｒｅｌａｔｅｄ ｎａｎｏ ｓｃｉｅｎｃｅ”「機能的走査プローブ顕微鏡の新展開」、発表日：令和４年３月３１日 ９．電気通信回線を通じた公開（学会発表要旨のウェブサイトへの掲載） 学会名：一般社団法人日本物理学会 ２０２２年秋季大会（物性）、掲載日：令和４年９月１日、掲載アドレス：ｈｔｔｐｓ：／／ｊｐｓ２０２２ａ．ｇａｋｋａｉ－ｗｅｂ．ｎｅｔ／ｄａｔａ／ｐｄｆ／１３ｐＷ５４１－０７．ｐｄｆ １０．集会（学会）での発表による公開 学会名：一般社団法人日本物理学会 ２０２２年秋季大会（物性）、発表日：令和４年９月１３日 １１．集会での発表による公開 集会名：Ｐａｎ－Ｐａｃｉｆｉｃ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｔｏｐｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｉｎ Ｅｘｏｔｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、発表日：令和４年１０月２５日
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和元年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、チーム型研究（ＣＲＥＳＴ）「量子スピン液体におけるトポロジカル準粒子の解明と直接検出」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願
(71)【出願人】
【識別番号】504132272
【氏名又は名称】国立大学法人京都大学
(74)【代理人】
【識別番号】100107641
【弁理士】
【氏名又は名称】鎌田 耕一
(72)【発明者】
【氏名】浅場 智也
(72)【発明者】
【氏名】松田 祐司
(72)【発明者】
【氏名】佐々 真一
【テーマコード（参考）】
4K029
4M113
【Ｆターム（参考）】
4K029AA04
4K029AA24
4K029BA34
4K029BD01
4K029CA01
4K029DB20
4M113AC45
4M113AC50
4M113AD36
4M113BA04
4M113BA28
(57)【要約】 （修正有）
【課題】新規なナノワイヤ構造体を提供する。
【解決手段】ナノワイヤ構造体１は、基板２と、基板上に配置されたナノワイヤ層３と、を備える。ナノワイヤ層は、厚さ方向に単層であると共に、接合、ループ、スパイラル及び配列からなる群から選択される少なくとも１つのナノワイヤ構造を有する。接合において接合点から延びるナノワイヤ並びにループ及びスパイラルを構成するナノワイヤは、１５ｎｍ以下の幅を有する。配列は、少なくとも５０ｎｍ×５０ｎｍの第１の領域を有し、第１の領域では、３以上のナノワイヤが互いに離間して延びており、隣接するナノワイヤの平均間隔Ａｐは３０ｎｍ以下であり、隣接するナノワイヤの間隔の変動は、平均間隔Ａｐに対する最大間隔と最小間隔との差Ｄｐの比Ｄｐ／Ａｐにより表して０．３以下、及び前記差Ｄｐにより表して１ｎｍ以下、から選ばれる少なくとも１つの状態にある。
【選択図】図１Ａ
【解決手段】ナノワイヤ構造体１は、基板２と、基板上に配置されたナノワイヤ層３と、を備える。ナノワイヤ層は、厚さ方向に単層であると共に、接合、ループ、スパイラル及び配列からなる群から選択される少なくとも１つのナノワイヤ構造を有する。接合において接合点から延びるナノワイヤ並びにループ及びスパイラルを構成するナノワイヤは、１５ｎｍ以下の幅を有する。配列は、少なくとも５０ｎｍ×５０ｎｍの第１の領域を有し、第１の領域では、３以上のナノワイヤが互いに離間して延びており、隣接するナノワイヤの平均間隔Ａｐは３０ｎｍ以下であり、隣接するナノワイヤの間隔の変動は、平均間隔Ａｐに対する最大間隔と最小間隔との差Ｄｐの比Ｄｐ／Ａｐにより表して０．３以下、及び前記差Ｄｐにより表して１ｎｍ以下、から選ばれる少なくとも１つの状態にある。
【選択図】図１Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板と、前記基板上に配置されたナノワイヤ層と、を備え、
前記ナノワイヤ層は、
厚さ方向に単層であると共に、
接合、ループ、スパイラル及び配列からなる群から選択される少なくとも１つのナノワイヤ構造を有しており、
前記接合において接合点から延びるナノワイヤ、並びに、前記ループ及び前記スパイラルを構成するナノワイヤは、１５ｎｍ以下の幅を有し、
前記配列は、少なくとも５０ｎｍ×５０ｎｍの第１の領域を有し、前記第１の領域では、
３以上のナノワイヤが互いに離間して延びており、
隣接する前記ナノワイヤの平均間隔Ａｐは３０ｎｍ以下であり、
隣接する前記ナノワイヤの間隔の変動は、
（Ｉ）前記平均間隔Ａｐに対する最大間隔と最小間隔との差Ｄｐの比Ｄｐ／Ａｐにより表して０．３以下、及び、
（II）前記差Ｄｐにより表して１ｎｍ以下、
からなる群から選択される少なくとも１つの状態にある、
ナノワイヤ構造体。
前記ナノワイヤ層は、
厚さ方向に単層であると共に、
接合、ループ、スパイラル及び配列からなる群から選択される少なくとも１つのナノワイヤ構造を有しており、
前記接合において接合点から延びるナノワイヤ、並びに、前記ループ及び前記スパイラルを構成するナノワイヤは、１５ｎｍ以下の幅を有し、
前記配列は、少なくとも５０ｎｍ×５０ｎｍの第１の領域を有し、前記第１の領域では、
３以上のナノワイヤが互いに離間して延びており、
隣接する前記ナノワイヤの平均間隔Ａｐは３０ｎｍ以下であり、
隣接する前記ナノワイヤの間隔の変動は、
（Ｉ）前記平均間隔Ａｐに対する最大間隔と最小間隔との差Ｄｐの比Ｄｐ／Ａｐにより表して０．３以下、及び、
（II）前記差Ｄｐにより表して１ｎｍ以下、
からなる群から選択される少なくとも１つの状態にある、
ナノワイヤ構造体。
【請求項2】
前記ループは分岐を有さない、請求項１に記載のナノワイヤ構造体。
【請求項3】
前記接合点から延びる少なくとも１つの前記ナノワイヤ、並びに、前記ループ及び前記スパイラルを構成する前記ナノワイヤの長さは１μｍ以上である、請求項１に記載のナノワイヤ構造体。
【請求項4】
前記配列に含まれる前記３以上のナノワイヤの幅は１５ｎｍ以下である、請求項１に記載のナノワイヤ構造体。
【請求項5】
前記配列に含まれる少なくとも１つの前記ナノワイヤの長さは１μｍ以上である、請求項１に記載のナノワイヤ構造体。
【請求項6】
前記配列は、長さ１００ｎｍ以上にわたって互いに離間して延びる前記３以上のナノワイヤを含む、請求項１に記載のナノワイヤ構造体。
【請求項7】
前記少なくとも１つのナノワイヤ構造に含まれるナノワイヤは単結晶構造を有する、請求項１に記載のナノワイヤ構造体。
【請求項8】
前記少なくとも１つのナノワイヤ構造に含まれるナノワイヤの幅の方向と、前記単結晶構造の単位格子が有する結晶軸が延びる方向とが一致しており、
前記ナノワイヤは、前記結晶軸の長さの整数倍の幅を有する、請求項７に記載のナノワイヤ構造体。
前記ナノワイヤは、前記結晶軸の長さの整数倍の幅を有する、請求項７に記載のナノワイヤ構造体。
【請求項9】
前記ナノワイヤ層は、前記少なくとも１つのナノワイヤ構造に含まれるナノワイヤの側面に接するベース部を有し、
前記ベース部は、前記ナノワイヤに含まれる第１の材料と同じ組成を有するが相の状態が異なる第２の材料を含む、請求項１に記載のナノワイヤ構造体。
前記ベース部は、前記ナノワイヤに含まれる第１の材料と同じ組成を有するが相の状態が異なる第２の材料を含む、請求項１に記載のナノワイヤ構造体。
【請求項10】
前記少なくとも１つのナノワイヤ構造に含まれるナノワイヤは、一次元結晶構造を有する遷移金属化合物を含む、請求項１に記載のナノワイヤ構造体。
【請求項11】
前記少なくとも１つのナノワイヤ構造に含まれるナノワイヤは、遷移金属のハロゲン化物を含む、請求項１に記載のナノワイヤ構造体。
【請求項12】
前記ハロゲン化物がハロゲン化ルテニウムである、請求項１１に記載のナノワイヤ構造体。
【請求項13】
前記基板における前記ナノワイヤ層の配置面はグラフェン層を含む、請求項１に記載のナノワイヤ構造体。
【請求項14】
基板と、前記基板上に配置されたナノワイヤ層と、を備え、
前記ナノワイヤ層は、
厚さ方向に単層であると共に、
長さ１μｍ以上及び幅１５ｎｍ以下のナノワイヤを含み、
前記ナノワイヤの幅の変動は、
（ｉ）長さ５０ｎｍの区間を観察したときの平均幅Ａｗに対する最大幅と最小幅との差Ｄｗの比Ｄｗ／Ａｗにより表して０．３以下、及び
（ii）前記差Ｄｗにより表して１ｎｍ以下、
からなる群から選択される少なくとも１つの状態にある、
ナノワイヤ構造体。
前記ナノワイヤ層は、
厚さ方向に単層であると共に、
長さ１μｍ以上及び幅１５ｎｍ以下のナノワイヤを含み、
前記ナノワイヤの幅の変動は、
（ｉ）長さ５０ｎｍの区間を観察したときの平均幅Ａｗに対する最大幅と最小幅との差Ｄｗの比Ｄｗ／Ａｗにより表して０．３以下、及び
（ii）前記差Ｄｗにより表して１ｎｍ以下、
からなる群から選択される少なくとも１つの状態にある、
ナノワイヤ構造体。
【請求項15】
前記ナノワイヤは単結晶構造を有する、請求項１４に記載のナノワイヤ構造体。
【請求項16】
前記ナノワイヤの幅の方向と、前記単結晶構造の単位格子が有する結晶軸が延びる方向とが一致しており、
前記ナノワイヤは、前記結晶軸の長さの整数倍の幅を有する、請求項１５に記載のナノワイヤ構造体。
前記ナノワイヤは、前記結晶軸の長さの整数倍の幅を有する、請求項１５に記載のナノワイヤ構造体。
【請求項17】
前記ナノワイヤ層は、前記ナノワイヤの側面に接するベース部を有し、
前記ベース部は、前記ナノワイヤに含まれる第１の材料と同じ組成を有するが相の状態が異なる第２の材料を含む、請求項１４に記載のナノワイヤ構造体。
前記ベース部は、前記ナノワイヤに含まれる第１の材料と同じ組成を有するが相の状態が異なる第２の材料を含む、請求項１４に記載のナノワイヤ構造体。
【請求項18】
前記ナノワイヤは、一次元結晶構造を有する遷移金属化合物を含む、請求項１４に記載のナノワイヤ構造体。
【請求項19】
前記ナノワイヤは、遷移金属のハロゲン化物を含む、請求項１４に記載のナノワイヤ構造体。
【請求項20】
前記ハロゲン化物がハロゲン化ルテニウムである、請求項１９に記載のナノワイヤ構造体。
【請求項21】
前記基板における前記ナノワイヤ層の配置面はグラフェン層を含む、請求項１４に記載のナノワイヤ構造体。
【請求項22】
請求項１から２１のいずれか１項に記載のナノワイヤ構造体を備えるナノ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ナノワイヤ構造体に関する。
【背景技術】
【0002】
微小な幅を有する線状体としてナノワイヤが知られている。ナノワイヤは、微小な幅及び高い形状異方性等の特徴に着目した種々の用途への応用が期待されている。近年、基板上へのナノワイヤの形成が試みられている。ナノワイヤによるナノパターンを基板上に形成することが可能になれば、形成されるナノパターンによっては、例えば、量子コンピューティング等の情報処理技術への応用も考えられる。基板上にナノワイヤを形成する手法として、トップダウン法及びボトムアップ法が知られている。特許文献１及び特許文献２には、ボトムアップ法によるナノワイヤの形成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１０－５９００４号公報
【特許文献2】特開２０１１－１３８７６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
トップダウン法では、基板上の前駆層を微細加工してナノワイヤを形成する。しかし、代表的なトップダウン法であるナノリソグラフィ法は、数十ｎｍ以下の幅を有するナノワイヤを形成できるほどには解像度が高くない。幅１μｍ未満の線状体をナノワイヤと称することは可能であるものの、ナノワイヤの応用、特に情報処理技術へのナノパターンの応用、を考慮した場合には、数十ｎｍ以下の幅を有するナノワイヤの形成が望まれる。
【0005】
一方、基板上でナノワイヤを成長させるボトムアップ法では、均一な幅を持つナノワイヤの形成が難しい。また、ナノワイヤの凝集や堆積が生じやすいことから、ボトムアップ法によるナノパターンの形成は困難であった。実際、特許文献１ではサファイア基板上へのＶＯ2ナノワイヤの成長が試みられているが、幅の変動が大きなナノワイヤが乱雑に形成されるに留まっている。また、特許文献２ではステンレス基板上へのＳｎＳナノ構造体の成長が試みられているが、ナノワイヤは形成されず、シート（プレート）状のナノ凝集体が形成されるに留まっている。
【0006】
本発明は、ナノワイヤが基板上に形成されたナノワイヤ構造体であって、新規なナノワイヤ構造体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、
基板と、前記基板上に配置されたナノワイヤ層と、を備え、
前記ナノワイヤ層は、
厚さ方向に単層であると共に、
接合、ループ、スパイラル及び配列からなる群から選択される少なくとも１つのナノワイヤ構造を有しており、
前記接合において接合点から延びるナノワイヤ、並びに、前記ループ及び前記スパイラルを構成するナノワイヤは、１５ｎｍ以下の幅を有し、
前記配列は、少なくとも５０ｎｍ×５０ｎｍの第１の領域を有し、前記第１の領域では、
３以上のナノワイヤが互いに離間して延びており、
隣接する前記ナノワイヤの平均間隔Ａｐは３０ｎｍ以下であり、
隣接する前記ナノワイヤの間隔の変動は、
（Ｉ）前記平均間隔Ａｐに対する最大間隔と最小間隔との差Ｄｐの比Ｄｐ／Ａｐにより表して０．３以下、及び
（II）前記差Ｄｐにより表して１ｎｍ以下、
からなる群から選択される少なくとも１つの状態にある、
ナノワイヤ構造体、
を提供する。
基板と、前記基板上に配置されたナノワイヤ層と、を備え、
前記ナノワイヤ層は、
厚さ方向に単層であると共に、
接合、ループ、スパイラル及び配列からなる群から選択される少なくとも１つのナノワイヤ構造を有しており、
前記接合において接合点から延びるナノワイヤ、並びに、前記ループ及び前記スパイラルを構成するナノワイヤは、１５ｎｍ以下の幅を有し、
前記配列は、少なくとも５０ｎｍ×５０ｎｍの第１の領域を有し、前記第１の領域では、
３以上のナノワイヤが互いに離間して延びており、
隣接する前記ナノワイヤの平均間隔Ａｐは３０ｎｍ以下であり、
隣接する前記ナノワイヤの間隔の変動は、
（Ｉ）前記平均間隔Ａｐに対する最大間隔と最小間隔との差Ｄｐの比Ｄｐ／Ａｐにより表して０．３以下、及び
（II）前記差Ｄｐにより表して１ｎｍ以下、
からなる群から選択される少なくとも１つの状態にある、
ナノワイヤ構造体、
を提供する。
【0008】
別の側面から見て、本発明は、
基板と、前記基板上に配置されたナノワイヤ層と、を備え、
前記ナノワイヤ層は、
厚さ方向に単層であると共に、
長さ１μｍ以上及び幅１５ｎｍ以下のナノワイヤを含み、
前記ナノワイヤの幅の変動は、
（ｉ）長さ５０ｎｍの区間を観察したときの平均幅Ａｗに対する最大幅と最小幅との差Ｄｗの比Ｄｗ／Ａｗにより表して０．３以下、及び
（ii）前記差Ｄｗにより表して１ｎｍ以下、
からなる群から選択される少なくとも１つの状態にある、
ナノワイヤ構造体、
を提供する。
基板と、前記基板上に配置されたナノワイヤ層と、を備え、
前記ナノワイヤ層は、
厚さ方向に単層であると共に、
長さ１μｍ以上及び幅１５ｎｍ以下のナノワイヤを含み、
前記ナノワイヤの幅の変動は、
（ｉ）長さ５０ｎｍの区間を観察したときの平均幅Ａｗに対する最大幅と最小幅との差Ｄｗの比Ｄｗ／Ａｗにより表して０．３以下、及び
（ii）前記差Ｄｗにより表して１ｎｍ以下、
からなる群から選択される少なくとも１つの状態にある、
ナノワイヤ構造体、
を提供する。
【0009】
別の側面から見て、本発明は、
上記本発明のナノワイヤ構造体を備えるナノ回路、
を提供する。
上記本発明のナノワイヤ構造体を備えるナノ回路、
を提供する。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、新規なナノワイヤ構造体が達成される。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【発明を実施するための形態】
【0012】
本発明の第１態様にかかるナノワイヤ構造体は、
基板と、前記基板上に配置されたナノワイヤ層と、を備え、
前記ナノワイヤ層は、
厚さ方向に単層であると共に、
接合、ループ、スパイラル及び配列からなる群から選択される少なくとも１つのナノワイヤ構造を有しており、
前記接合において接合点から延びるナノワイヤ、並びに、前記ループ及び前記スパイラルを構成するナノワイヤは、１５ｎｍ以下の幅を有し、
前記配列は、少なくとも５０ｎｍ×５０ｎｍの第１の領域を有し、前記第１の領域では、
３以上のナノワイヤが互いに離間して延びており、
隣接する前記ナノワイヤの平均間隔Ａｐは３０ｎｍ以下であり、
隣接する前記ナノワイヤの間隔の変動は、
（Ｉ）前記平均間隔Ａｐに対する最大間隔と最小間隔との差Ｄｐの比Ｄｐ／Ａｐにより表して０．３以下、及び
（II）前記差Ｄｐにより表して１ｎｍ以下、
からなる群から選択される少なくとも１つの状態にある。
基板と、前記基板上に配置されたナノワイヤ層と、を備え、
前記ナノワイヤ層は、
厚さ方向に単層であると共に、
接合、ループ、スパイラル及び配列からなる群から選択される少なくとも１つのナノワイヤ構造を有しており、
前記接合において接合点から延びるナノワイヤ、並びに、前記ループ及び前記スパイラルを構成するナノワイヤは、１５ｎｍ以下の幅を有し、
前記配列は、少なくとも５０ｎｍ×５０ｎｍの第１の領域を有し、前記第１の領域では、
３以上のナノワイヤが互いに離間して延びており、
隣接する前記ナノワイヤの平均間隔Ａｐは３０ｎｍ以下であり、
隣接する前記ナノワイヤの間隔の変動は、
（Ｉ）前記平均間隔Ａｐに対する最大間隔と最小間隔との差Ｄｐの比Ｄｐ／Ａｐにより表して０．３以下、及び
（II）前記差Ｄｐにより表して１ｎｍ以下、
からなる群から選択される少なくとも１つの状態にある。
【0013】
本発明の第２態様において、例えば、第１態様にかかるナノワイヤ構造体では、前記ループは分岐を有さない。
【0014】
本発明の第３態様において、例えば、第１又は第２態様にかかるナノワイヤ構造体では、前記接合点から延びる少なくとも１つの前記ナノワイヤ、並びに、前記ループ及び前記スパイラルを構成する前記ナノワイヤの長さは１μｍ以上である。
【0015】
本発明の第４態様において、例えば、第１から第３態様のいずれか１つの態様にかかるナノワイヤ構造体では、前記配列に含まれる前記３以上のナノワイヤの幅は１５ｎｍ以下である。
【0016】
本発明の第５態様において、例えば、第１から第４態様のいずれか１つの態様にかかるナノワイヤ構造体では、前記配列に含まれる少なくとも１つの前記ナノワイヤの長さは１μｍ以上である。
【0017】
本発明の第６態様において、例えば、第１から第５態様のいずれか１つの態様にかかるナノワイヤ構造体では、前記配列は、長さ１００ｎｍ以上にわたって互いに離間して延びる前記３以上のナノワイヤを含む。
【0018】
本発明の第７態様において、例えば、第１から第６態様のいずれか１つの態様にかかるナノワイヤ構造体では、前記少なくとも１つのナノワイヤ構造に含まれるナノワイヤは単結晶構造を有する。
【0019】
本発明の第８態様において、例えば、第７態様にかかるナノワイヤ構造体では、前記少なくとも１つのナノワイヤ構造に含まれるナノワイヤの幅の方向と、前記単結晶構造の単位格子が有する結晶軸が延びる方向とが一致しており、前記ナノワイヤは、前記結晶軸の長さの整数倍の幅を有する。
【0020】
本発明の第９態様において、例えば、第１から第８態様のいずれか１つの態様にかかるナノワイヤ構造体では、前記ナノワイヤ層は、前記少なくとも１つのナノワイヤ構造に含まれるナノワイヤの側面に接するベース部を有し、前記ベース部は、前記ナノワイヤに含まれる第１の材料と同じ組成を有するが相の状態が異なる第２の材料を含む。
【0021】
本発明の第１０態様において、例えば、第１から第９態様のいずれか１つの態様にかかるナノワイヤ構造体では、前記少なくとも１つのナノワイヤ構造に含まれるナノワイヤは、一次元結晶構造を有する遷移金属化合物を含む。
【0022】
本発明の第１１態様において、例えば、第１から第１０態様のいずれか１つの態様にかかるナノワイヤ構造体では、前記少なくとも１つのナノワイヤ構造に含まれるナノワイヤは、遷移金属のハロゲン化物を含む。
【0023】
本発明の第１２態様において、例えば、第１１態様にかかるナノワイヤ構造体では、前記ハロゲン化物がハロゲン化ルテニウムである。
【0024】
本発明の第１３態様において、例えば、第１から第１２態様のいずれか１つの態様にかかるナノワイヤ構造体では、前記基板における前記ナノワイヤ層の配置面はグラフェン層を含む。
【0025】
本発明の第１４態様にかかるナノワイヤ構造体は、
基板と、前記基板上に配置されたナノワイヤ層と、を備え、
前記ナノワイヤ層は、
厚さ方向に単層であると共に、
長さ１μｍ以上及び幅１５ｎｍ以下のナノワイヤを含み、
前記ナノワイヤの幅の変動は、
（ｉ）長さ５０ｎｍの区間を観察したときの平均幅Ａｗに対する最大幅と最小幅との差Ｄｗの比Ｄｗ／Ａｗにより表して０．３以下、及び
（ii）前記差Ｄｗにより表して１ｎｍ以下、
からなる群から選択される少なくとも１つの状態にある。
基板と、前記基板上に配置されたナノワイヤ層と、を備え、
前記ナノワイヤ層は、
厚さ方向に単層であると共に、
長さ１μｍ以上及び幅１５ｎｍ以下のナノワイヤを含み、
前記ナノワイヤの幅の変動は、
（ｉ）長さ５０ｎｍの区間を観察したときの平均幅Ａｗに対する最大幅と最小幅との差Ｄｗの比Ｄｗ／Ａｗにより表して０．３以下、及び
（ii）前記差Ｄｗにより表して１ｎｍ以下、
からなる群から選択される少なくとも１つの状態にある。
【0026】
本発明の第１５態様において、例えば、第１４態様にかかるナノワイヤ構造体では、前記ナノワイヤは単結晶構造を有する。
【0027】
本発明の第１６態様において、例えば、第１５態様にかかるナノワイヤ構造体では、前記ナノワイヤの幅の方向と、前記単結晶構造の単位格子が有する結晶軸が延びる方向とが一致しており、前記ナノワイヤは、前記結晶軸の長さの整数倍の幅を有する。
【0028】
本発明の第１７態様において、例えば、第１４から第１６態様のいずれか１つの態様にかかるナノワイヤ構造体では、前記ナノワイヤ層は、前記ナノワイヤの側面に接するベース部を有し、前記ベース部は、前記ナノワイヤに含まれる第１の材料と同じ組成を有するが相の状態が異なる第２の材料を含む。
【0029】
本発明の第１８態様において、例えば、第１４から第１７態様のいずれか１つの態様にかかるナノワイヤ構造体では、前記ナノワイヤは、一次元結晶構造を有する遷移金属化合物を含む。
【0030】
本発明の第１９態様において、例えば、第１４から第１８態様のいずれか１つの態様にかかるナノワイヤ構造体では、前記ナノワイヤは、遷移金属のハロゲン化物を含む。
【0031】
本発明の第２０態様において、例えば、第１９態様にかかるナノワイヤ構造体では、前記ハロゲン化物がハロゲン化ルテニウムである。
【0032】
本発明の第２１態様において、例えば、第１４から第２０態様のいずれか１つの態様にかかるナノワイヤ構造体では、前記基板における前記ナノワイヤ層の配置面はグラフェン層を含む。
【0033】
本発明の第２２態様にかかるナノ回路は、第１から第２１態様のいずれか１つの態様にかかるナノワイヤ構造体を備える。
【0034】
［ナノワイヤ構造体］
（実施形態１）
本実施形態のナノワイヤ構造体の一例を図１Ａ及び図１Ｂに示す。図１Ａ及び図１Ｂのナノワイヤ構造体１（１Ａ）は、基板２と、基板２上に形成されたナノワイヤ層３とを備える。図１Ｂは、ナノワイヤ層３の側からナノワイヤ構造体１を見た平面図である。なお、図１Ａ及び図１Ｂでは、個々のナノワイヤの図示を省略している。ナノワイヤ層３は、１又は２以上のナノワイヤを含む層である。ナノワイヤ層３は、厚さ方向に単層である。厚さ方向に単層とは、厚さ方向にはナノワイヤが単層として配置されていること意味する。換言すれば、ナノワイヤ層３では、その厚さ方向に２以上のナノワイヤが重なり合っていない。厚さ方向は、通常、基板２におけるナノワイヤ層３の配置面８に垂直な方向である。なお、本明細書では、厚さ方向にナノワイヤ層３を観察することについて、「ナノワイヤ層３を平面視する」と表現することがある。
（実施形態１）
本実施形態のナノワイヤ構造体の一例を図１Ａ及び図１Ｂに示す。図１Ａ及び図１Ｂのナノワイヤ構造体１（１Ａ）は、基板２と、基板２上に形成されたナノワイヤ層３とを備える。図１Ｂは、ナノワイヤ層３の側からナノワイヤ構造体１を見た平面図である。なお、図１Ａ及び図１Ｂでは、個々のナノワイヤの図示を省略している。ナノワイヤ層３は、１又は２以上のナノワイヤを含む層である。ナノワイヤ層３は、厚さ方向に単層である。厚さ方向に単層とは、厚さ方向にはナノワイヤが単層として配置されていること意味する。換言すれば、ナノワイヤ層３では、その厚さ方向に２以上のナノワイヤが重なり合っていない。厚さ方向は、通常、基板２におけるナノワイヤ層３の配置面８に垂直な方向である。なお、本明細書では、厚さ方向にナノワイヤ層３を観察することについて、「ナノワイヤ層３を平面視する」と表現することがある。
【0035】
本明細書においてナノワイヤとは、５０ｎｍ以下の幅を有する線状体を意味する。ナノワイヤの幅は、４０ｎｍ以下、３０ｎｍ以下、２５ｎｍ以下、２０ｎｍ以下、１５ｎｍ以下、１２ｎｍ以下、１０ｎｍ以下、７ｎｍ以下、５ｎｍ以下、４ｎｍ以下、３ｎｍ以下、２．５ｎｍ以下、２ｎｍ以下、１．５ｎｍ以下、１．２ｎｍ以下、さらには１ｎｍ以下であってもよい。幅の下限は、例えば、０．２ｎｍ以上であり、０．３ｎｍ以上であってもよい。ナノワイヤの幅に対する長さの比（アスペクト比）は、例えば５０以上であり、１００以上、２００以上、３００以上、４００以上、５００以上、７５０以上、さらには１０００以上であってもよい。アスペクト比の上限は、例えば１０万以下であり、５万以下、さらには１万以下であってもよい。ナノワイヤの長さは、一方の末端から他方の末端までの長さとして特定できる。１又は２以上の接合点をナノワイヤが有する場合は、各接合点から延びる全てのナノワイヤを含めてとりうる末端間の長さのうち最大の長さをナノワイヤの長さとして特定できる。
【0036】
ナノワイヤ層３は、接合（junction）、ループ（loop）、スパイラル（spiral）及び配列（arrangement）からなる群から選択される少なくとも１つのナノワイヤ構造を有している。ナノワイヤ構造は、１又は２以上のナノワイヤを含む構造である。
【0037】
接合は、１つの接合点と、接合点から延びる３以上のナノワイヤとを備える構造を意味する。接合点から延びるナノワイヤの数は、３、４、５又は６であってもよい。ナノワイヤの数は、３以上の奇数でありうる。接合の一例を図２Ａに示す。図２Ａ及び後述の図２Ｂには、ナノワイヤ層３を平面視したときの接合の一例が示されている。図２Ａの接合１１（１１Ａ）では、３つのナノワイヤ４（４Ａ，４Ｂ，４Ｃ）が接合点５から延びている。接合１１Ａは、観察される形状に基づき、３分岐接合（three-branched junction）又はＹ接合（Y-junction）と称することも可能である。接合の別の一例を図２Ｂに示す。図２Ｂの接合１１（１１Ｂ）では、４つのナノワイヤ４（４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ）が接合点から延びている。接合１１Ｂは、観察される形状に基づき、４分岐接合（four-branched junction）又はＸ接合（X-junction）と称することも可能である。なお、接合点５では、２以上のナノワイヤ４が厚さ方向に重なりあっているわけではない。厚さ方向に１つのナノワイヤ４について当該ナノワイヤ４の分岐点が接合点５として観察される。ただし、接合点５の厚さは、接合点５から延びているナノワイヤ４の厚さとは相違しうる。
【0038】
本実施形態の接合１１では、接合点５から延びる全てのナノワイヤ４は１５ｎｍ以下の幅を有している。幅は、１２ｎｍ以下、１０ｎｍ以下、７ｎｍ以下、５ｎｍ以下、４ｎｍ以下、３ｎｍ以下、２．５ｎｍ以下、２ｎｍ以下、１．５ｎｍ以下、１．２ｎｍ以下、さらには１ｎｍ以下であってもよい。幅の下限は、例えば０．２ｎｍ以上であり、０．３ｎｍ以上であってもよい。接合点５から延びる少なくとも１つのナノワイヤ４の長さ、好ましくは全てのナノワイヤ４の長さは、５０ｎｍ以上、１００ｎｍ以上、１５０ｎｍ以上、２００ｎｍ以上、２５０ｎｍ以上、５００ｎｍ以上、７５０ｎｍ以上、１μｍ以上、１．２５μｍ、１．５μｍ以上、１．７５μｍ以上、２μｍ以上、２．５μｍ以上、さらには３μｍ以上であってもよい。長さの上限は、例えば１０μｍ以下である。なお、接合点５から延びるナノワイヤ４の長さは、接合点５からナノワイヤ４の末端までの長さとして特定できる。末端に至るまでに別の接合点がある場合は、接合点５から別の接合点までの長さとして特定すればよい。
【0039】
ループは、環状のナノワイヤを含む構造を意味する。ループの一例を図３に示す。図３には、ナノワイヤ層３を平面視したときのループの一例が示されている。図３のループ１２は、環状のナノワイヤ４のみからなる。換言すれば、ループ１２は分岐を有さなくてもよい。ループ１２を構成するナノワイヤ４は、１５ｎｍ以下の幅を有する。幅は、１２ｎｍ以下、１０ｎｍ以下、７ｎｍ以下、５ｎｍ以下、４ｎｍ以下、３ｎｍ以下、２．５ｎｍ以下、２ｎｍ以下、１．５ｎｍ以下、１．２ｎｍ以下、さらには１ｎｍ以下であってもよい。幅の下限は、例えば０．２ｎｍ以上であり、０．３ｎｍ以上であってもよい。ループ１２の環状部を構成するナノワイヤ４の長さは、５０ｎｍ以上、１００ｎｍ以上、１５０ｎｍ以上、２００ｎｍ以上、２５０ｎｍ以上、５００ｎｍ以上、７５０ｎｍ以上、１μｍ以上、１．２５μｍ、１．５μｍ以上、１．７５μｍ以上、２μｍ以上、２．５μｍ以上、さらには３μｍ以上であってもよい。長さの上限は、例えば１０μｍ以下である。図３のループ１２の形状は、丸みを帯びた角を持つ三角形である。ただし、ループ１２の形状は上記例に限定されず、略円を含む円、略楕円を含む楕円、三角形及び四角形等の多角形、あるいは不定形であってもよい。多角形の角は、丸みを帯びていてもよく、より具体的には、鋭角である頂点を有しなくてもよい。
【0040】
スパイラルの一例を図４に示す。図４には、ナノワイヤ層３を平面視したときのスパイラルの一例が示されている。図４のスパイラル１３は、１つのナノワイヤ４から構成される。ただし、スパイラル１３の構成は上記例に限定されない。スパイラル１３を構成するナノワイヤ４は、１５ｎｍ以下の幅を有する。幅は、１２ｎｍ以下、１０ｎｍ以下、７ｎｍ以下、５ｎｍ以下、４ｎｍ以下、３ｎｍ以下、２．５ｎｍ以下、２ｎｍ以下、１．５ｎｍ以下、１．２ｎｍ以下、さらには１ｎｍ以下であってもよい。幅の下限は、例えば０．２ｎｍ以上であり、０．３ｎｍ以上であってもよい。スパイラル１３を構成するナノワイヤ４の長さは、５０ｎｍ以上であってもよく、１００ｎｍ以上、１５０ｎｍ以上、２００ｎｍ以上、２５０ｎｍ以上、５００ｎｍ以上、７５０ｎｍ以上、１μｍ以上、１．２５μｍ、１．５μｍ以上、１．７５μｍ以上、２μｍ以上、２．５μｍ以上、さらには３μｍ以上であってもよい。長さの上限は、例えば１０μｍ以下である。
【0041】
配列の一例を図５に示す。図５には、ナノワイヤ層３を平面視したときの配列の一例が示されている。図５の配列１４では、５０ｎｍ×５０ｎｍの第１の領域Ａにおいて５つのナノワイヤ４が互いに離間して延びている。第１の領域Ａは、ナノワイヤ層３を平面視したときに正方形の形状を有する。第１の領域Ａのサイズは、少なくとも１００ｎｍ×１００ｎｍ、少なくとも１５０ｎｍ×１５０ｎｍ、少なくとも２００ｎｍ×２００ｎｍ、少なくとも３００ｎｍ×３００ｎｍ、少なくとも４００ｎｍ×４００ｎｍ、さらには、少なくとも５００ｎｍ×５００ｎｍであってもよい。第１の領域Ａにおいて互いに離間して延びるナノワイヤ４の数は、３以上であれば限定されない。５０ｎｍ×５０ｎｍの第１の領域Ａにおいて互いに離間して延びるナノワイヤ４の数は、４以上、５以上、６以上、７以上、８以上又は９以上であってもよい。当該数の上限は、例えば１５以下である。図５の配列１４では、一つの方向にナノワイヤ４が延びている。ただし、延びる方向は一定でなくてもよい。図６に示す配列１４の例では、第１の領域Ａにおいて互いに離間して延びる３つのナノワイヤ４は屈曲部７を有している。屈曲部７の前後において各々のナノワイヤ４の延びる方向は変化する。延びる方向の変化の程度は、屈曲点１０を経る前にナノワイヤ４が延びる方向Ｄ１と屈曲点１０を経た後にナノワイヤ４が延びる方向Ｄ２とが成す角度θ（図６、及び、屈曲の例（ａ），（ｂ）を示す図７を参照）により表示して、例えば１０～８０度であり、３０～７０度、さらには４５～６５度であってもよい。また、図６に示すように、屈曲部７に含まれる各ナノワイヤ４の屈曲点１０は、ナノワイヤ層３を平面視したときに１つの仮想の直線Ｌ上に位置していてもよい。
【0042】
第１の領域Ａにおいて、隣接するナノワイヤ４の平均間隔Ａｐは３０ｎｍ以下である。平均間隔Ａｐは、２５ｎｍ以下、２０ｎｍ以下、１５ｎｍ以下、１０ｎｍ以下、８ｎｍ以下、６ｎｍ以下、５ｎｍ以下、４ｎｍ以下、３ｎｍ以下、さらには２ｎｍ以下であってもよい。平均間隔Ａｐの下限は、例えば０．５ｎｍ以上である。
【0043】
第１の領域Ａにおいて、隣接するナノワイヤ４の間隔の変動は、（Ｉ）平均間隔Ａｐに対する最大間隔と最小間隔との差Ｄｐの比Ｄｐ／Ａｐにより表して０．３以下、及び、（II）上記差Ｄｐにより表して１ｎｍ以下、からなる群から選択される少なくとも１つの状態にある。比Ｄｐ／Ａｐは、０．２５以下、０．２以下、０．１５以下、０．１以下、０．０８以下、０．０５以下、０．０４以下、０．０３以下、０．０２以下、さらには０．０１以下であってもよい。比Ｄｐ／Ａｐの下限は、例えば０．００１以上である。差Ｄｐは、０．９ｎｍ以下、０．８ｎｍ以下、０．７ｎｍ以下、０．６ｎｍ以下、さらには０．５ｎｍ以下であってもよい。差Ｄｐの下限は、例えば０ｎｍ以上であり、０．０５ｎｍ以上、さらには０．１ｎｍ以上であってもよい。
【0044】
配列１４に含まれる３以上のナノワイヤ４の幅は１５ｎｍ以下であってもよく、１２ｎｍ以下、１０ｎｍ以下、７ｎｍ以下、５ｎｍ以下、４ｎｍ以下、３ｎｍ以下、２．５ｎｍ以下、２ｎｍ以下、１．５ｎｍ以下、１．２ｎｍ以下、さらには１ｎｍ以下であってもよい。幅の下限は、例えば、０．２ｎｍ以上であり、０．３ｎｍ以上であってもよい。
【0045】
配列１４に含まれる少なくとも１つのナノワイヤ４の長さは、１００ｎｍ以上であってもよく、１５０ｎｍ以上、２００ｎｍ以上、２５０ｎｍ以上、５００ｎｍ以上、７５０ｎｍ以上、１μｍ以上、１．２５μｍ、１．５μｍ以上、１．７５μｍ以上、２μｍ以上、２．５μｍ以上、さらには３μｍ以上であってもよい。長さの上限は、例えば１０μｍ以下である。配列１４に含まれる全てのナノワイヤ４の長さが上記の各範囲にあってもよい。配列１４に含まれるナノワイヤ４は、上記の幅及び長さを共に有しうる。
【0046】
配列１４は、長さ１００ｎｍ以上、好ましくは２００ｎｍ以上、より好ましくは３００ｎｍ以上、さらに好ましくは５００ｎｍ以上、特に好ましくは７００ｎｍ以上、にわたって互いに離間して延びる３以上のナノワイヤ４を含んでいてもよい。
【0047】
第１の領域Ａは、ナノワイヤ構造として配列１４のみを有していてもよい。
【0048】
接合１１、ループ１２、スパイラル１３及び配列１４から選ばれる少なくとも１つのナノワイヤ構造に含まれるナノワイヤ４の幅の変動は、（ｉ）長さ５０ｎｍの区間を観察したときの平均幅Ａｗに対する最大幅と最小幅との差Ｄｗの比Ｄｗ／Ａｗにより表して０．３以下、及び、（ii）上記差Ｄｗにより表して１ｎｍ以下、からなる群から選択される少なくとも１つの状態にあってもよい。比Ｄｗ／Ａｗは、０．２５以下、０．２以下、０．１５以下、０．１以下、０．０８以下、０．０５以下、０．０４以下、０．０３以下、０．０２以下、さらには０．０１以下であってもよい。比Ｄｗ／Ａｗの下限は、例えば０．００１以上である。差Ｄｗは、０．９ｎｍ以下、０．８ｎｍ以下、０．７ｎｍ以下、０．６ｎｍ以下、さらには０．５ｎｍ以下であってもよい。差Ｄｗの下限は、例えば０ｎｍ以上であり、０．０５ｎｍ以上、さらには０．１ｎｍ以上であってもよい。
【0049】
スパイラル１３において、巻回されているナノワイヤ４の間の平均間隔Ａｐは３０ｎｍ以下であってもよく、２５ｎｍ以下、２０ｎｍ以下、１５ｎｍ以下、１０ｎｍ以下、８ｎｍ以下、６ｎｍ以下、５ｎｍ以下、４ｎｍ以下、３ｎｍ以下、さらには２ｎｍ以下であってもよい。平均間隔Ａｐの下限は、例えば０．５ｎｍ以上である。
【0050】
スパイラル１３において、巻回されているナノワイヤ４の間の間隔の変動は、（Ｉ）平均間隔Ａｐに対する最大間隔と最小間隔との差Ｄｐの比Ｄｐ／Ａｐにより表して０．３以下、及び、（II）上記差Ｄｐにより表して１ｎｍ以下、からなる群から選択される少なくとも１つの状態にあってもよい。比Ｄｐ／Ａｐは、０．２５以下、０．２以下、０．１５以下、０．１以下、０．０８以下、０．０５以下、０．０４以下、０．０３以下、０．０２以下、さらには０．０１以下であってもよい。比Ｄｐ／Ａｐの下限は、例えば０．００１以上である。差Ｄｐは、０．９ｎｍ以下、０．８ｎｍ以下、０．７ｎｍ以下、０．６ｎｍ以下、さらには０．５ｎｍ以下であってもよい。差Ｄｐの下限は、例えば０ｎｍ以上であり、０．０５ｎｍ以上、さらには０．１ｎｍ以上であってもよい。
【0051】
上記少なくとも１つのナノワイヤ構造は、ナノワイヤ層３の拡大観察によって確認できる。観察は、ナノワイヤ層３を平面視するように実施してもよい。観察には、電子顕微鏡、原子間力顕微鏡、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）等の公知の拡大観察装置を利用できる。特にＳＴＭは、ナノワイヤ層３に対する高解像度の解析、及び、ナノワイヤ層３の断面の解析に適している。ナノワイヤ４の長さ及び幅、並びに隣接するナノワイヤ４の間隔の評価は、１０万倍～４０万倍、好ましくは２０万倍～２５万倍の倍率による観察が適している。ナノワイヤ４の長さ及び幅、並びに隣接するナノワイヤ４の間隔は、拡大観察像を画像処理することで評価してもよい。
【0052】
隣接するナノワイヤ４の平均間隔Ａｐは、以下の手順に従って評価できる。（１）取得した拡大観察像上の評価領域、例えば第１の領域Ａ、に含まれる少なくとも３つのナノワイヤ４について、各々、３以上の評価ポイントを選定する。ただし、１つのナノワイヤ４について選定する各評価ポイントは、当該ナノワイヤ４の経路上を互いに１０ｎｍ離れるようにする。（２）選定した評価ポイントにおいて当該ナノワイヤ４に最近接しているナノワイヤ４までの距離を測定する。測定する距離は、中心線間距離とする。（３）測定した距離の平均値を平均間隔Ａｐとして定める。なお、隣接するナノワイヤ４の最大間隔及び最小間隔は、それぞれ、取得した拡大観察像上の評価領域、例えば第１の領域Ａ、に含まれる全ての隣接するナノワイヤ４の間隔（中心線間距離）のうち、最大の間隔と最小の間隔として定めることができる。
【0053】
ナノワイヤ４の平均幅Ａｗは、取得した拡大観察像に含まれる評価対象のナノワイヤ４について６つの評価ポイントを選定し、選定した評価ポイントにおける幅の平均値として定めることができる。ただし、選定する評価ポイントは、当該ナノワイヤ４の経路上を互いに１０ｎｍ離れるようにする。また、最大幅及び最小幅は、選定した６つの評価ポイントのうち、ナノワイヤ４の経路上を互いに最も離れた評価ポイント間の区間におけるナノワイヤ４の最大幅及び最小幅として定めることができる。
【0054】
ナノワイヤ４は、結晶構造を有していてもよく、単結晶構造を有していてもよい。単結晶構造を有するナノワイヤ４の内部では、ファンデルワールス力によって原子が結合した状態にある。これに対して、単結晶構造を有するナノワイヤ４とその外部との間、及び、単結晶構造を有する一つのナノワイヤ４とこれに接する別のナノワイヤとの間では、通常、ファンデルワールス力による原子の結合は生じていない。
【0055】
単結晶構造を有するナノワイヤ４の幅の方向と、単結晶構造の単位格子が有するいずれかの結晶軸が延びる方向が一致していてもよい。また、このとき、ナノワイヤ４は、上記結晶軸の長さの整数倍の幅を有していてもよい。整数倍の例は、１倍、２倍、３倍、４倍又は５倍である。
【0056】
ナノワイヤ４の高さは、例えば５ｎｍ以下であり、４ｎｍ以下、３ｎｍ以下、２．５ｎｍ以下、２ｎｍ以下、１．５ｎｍ以下、１．２ｎｍ以下、１ｎｍ以下、０．９ｎｍ以下、０．８ｎｍ以下、０．７ｎｍ以下、０．６ｎｍ以下、さらには０．５ｎｍ以下であってもよい。高さの下限は、例えば０．１ｎｍ以上であり、０．１５ｎｍ以上、さらには０．２ｎｍ以上であってもよい。ナノワイヤ４及び後述のベース部６の高さは、基板２におけるナノワイヤ層３の配置面８を基準面として特定できる。なお、ナノワイヤ４及びベース部６の高さは、それぞれ、ナノワイヤ４及びベース部６の厚さと言い換えることもできる。接合１１について、接合点５におけるナノワイヤ４の高さは、接合点５から延びるナノワイヤ４の高さの１．１倍以上２．５倍以下であってもよい。下限は、１．２倍以上、１．３倍以上、１．４倍以上、さらには１．５倍以上でありうる。上限は、２．２倍以下、２倍以下、１．７倍以下、さらには１．５倍以下でありうる。ナノワイヤ４及びベース部６の高さは、例えば、ＳＴＭを用いたナノワイヤ層３の断面解析により評価できる。
【0057】
単結晶構造を有するナノワイヤ４の高さは、当該結晶の単位格子における高さ方向の長さを１ユニットとして、３ユニット以下であってもよく、２．５ユニット以下、２ユニット以下、１．５ユニット以下、さらには１ユニット以下であってもよい。単位格子における高さ方向は、単位格子が有するいずれかの結晶軸の方向であってもよい。
【0058】
ナノワイヤ層３の厚さは、ナノワイヤ層３に含まれるナノワイヤ４の最大高さとして定めることができる。ナノワイヤ層３の厚さは、例えば５ｎｍ以下であり、４ｎｍ以下、３ｎｍ以下、２．５ｎｍ以下、２ｎｍ以下、１．５ｎｍ以下、１．２ｎｍ以下、１ｎｍ以下、０．９ｎｍ以下、０．８ｎｍ以下、０．７ｎｍ以下、０．６ｎｍ以下、さらには０．５ｎｍ以下であってもよい。厚さの下限は、例えば０．１ｎｍ以上であり、０．１５ｎｍ以上、さらには０．２ｎｍ以上であってもよい。
【0059】
ナノワイヤ層３は、上記少なくとも１つのナノワイヤ構造に含まれるナノワイヤ４の側面に接するベース部を有していてもよい。図８Ａは、配列１４を有するナノワイヤ層３の一例を示す平面図及び部分拡大図である。図８Ｂには、図８Ａの部分拡大図における断面８Ｂ－８Ｂが示されている。図８Ａ及び図８Ｂのナノワイヤ層３は、複数のナノワイヤ４と、各々のナノワイヤ４の側面９が接するベース部６（部分拡大図においては斜線にて表記）を有している。ベース部６は、隣接するナノワイヤ４の間の空間を占めている。ベース部６は、ナノワイヤ４に含まれる第１の材料と同じ組成を有するが相の状態が異なる第２の材料を含んでいてもよい。相の状態は、例えば、結晶の状態である。ナノワイヤ４が結晶構造を有しており、ベース部６が非結晶構造、例えばアモルファス構造、を有していてもよい。
【0060】
ベース部６の高さは、例えば０．５ｎｍ以下であり、０．４ｎｍ以下、０．３ｎｍ以下、さらには０．２ｎｍ以下であってもよい。高さの下限は、例えば０．１ｎｍ以上である。ベース部６の高さは、ナノワイヤ４の高さに比べて低くてもよい。ベース部６の高さは、ナノワイヤ４の高さを基準としたときに、例えば８０％以下であってもよく、７０％以下、６０％以下、５０％以下、さらには４０％以下であってもよい。
【0061】
ナノワイヤ層３は、一辺１００ｎｍ以上の正方形状を有すると共に、接合１１が観察されない第２の領域を有していてもよい。第２の領域は、ループ１２、スパイラル１３及び配列１４からなる群から選択される少なくとも１つのナノワイヤ構造を有していてもよく、配列１４を有していてもよい。第２の領域の一辺は、２００ｎｍ以上、３００ｎｍ以上、４００ｎｍ以上、さらには５００ｎｍ以上であってもよい。第１の領域Ａと第２の領域とは重複していてもよい。
【0062】
ナノワイヤ層３は、一辺１００ｎｍ以上の正方形状を有すると共に、ナノワイヤ４が観察されない第３の領域を有さなくてもよい。第３の領域の一辺は、２００ｎｍ以上、３００ｎｍ以上、４００ｎｍ以上、さらには５００ｎｍ以上であってもよい。
【0063】
ナノワイヤ４は、一次元結晶構造を有する遷移金属化合物を含んでいてもよい。一次元結晶構造とは、特定の一方向に特異的に延びた結晶構造を意味する。例えば、後述のハロゲン化ルテニウムは、ｃ軸の方向に特異的に延びた結晶構造をとりうる。
【0064】
ナノワイヤ４は、一次元結晶から構成されていてもよい。ナノワイヤ４を構成しうる一次元結晶は、一次元単結晶であってもよい。
【0065】
ナノワイヤ４は、遷移金属のハロゲン化物（以下、ＴＭＸと記載）又はカルコゲン化合物を含んでいてもよい。ＴＭＸに含まれる遷移金属の例は、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔｃ，Ｒｕ，Ｐｄ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ｏｓ及びＰｔである。遷移金属は、Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｔｃ，Ｒｕ，Ｐｄ，Ｔａ，Ｒｅ及びＰｔからなる群から選択される少なくとも１種であってもよく、Ｖ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｔｃ，Ｒｕ，Ｐｄ，Ｔａ，及びＰｔからなる群から選択される少なくとも１種であってもよく、Ｖ，Ｎｉ及びＲｕからなる群から選択される少なくとも１種であってもよい。ＴＭＸに含まれるハロゲンの例は、フッ素、塩素、臭素及びヨウ素である。ハロゲンは、フッ素及び塩素からなる群から選択される少なくとも１種であってもよく、塩素であってもよい。ＴＭＸは、一次元結晶構造をとりうる化合物であってもよい。例えば、ハロゲン化ルテニウムは、一次元結晶構造をとりうる。カルコゲン化合物に含まれる遷移金属の例は、ＴＭＸに含まれる例と同じである。カルコゲン化合物に含まれるカルコゲンの例は、酸素、硫黄、セレン、テルル及びポロニウムであり、硫黄、セレン及びテルルからなる群から選択される少なくとも１種であってもよい。
【0066】
ＴＭＸは、ハロゲン化ルテニウムであってもよい。ハロゲン化ルテニウムは、フッ化ルテニウム、塩化ルテニウム及び臭素化ルテニウムからなる群から選択される少なくとも１種であってもよく、フッ化ルテニウム及び塩化ルテニウムからなる群から選択される少なくとも１種であってもよく、塩化ルテニウム（ＲｕＣｌ3）であってもよい。塩化ルテニウムを含むナノワイヤ４は、塩化ルテニウムの一次元結晶（以下、β－ＲｕＣｌ3と記載）を含んでいてもよい。また、このとき、ベース部６は、塩化ルテニウムのアモルファス（以下、ａ－ＲｕＣｌ3と記載）を含んでいてもよい。β－ＲｕＣｌ3の結晶構造を図９に示す。図９に示すように、β－ＲｕＣｌ3の結晶構造はｃ軸方向に特異的に延びている。なお、塩化ルテニウムは、電子－電子相互作用によってギャップが開くモット絶縁体であると共に、ワイドギャップ半導体に匹敵するバンドギャップを有している。
【0067】
ナノワイヤ４は、強磁性体又は反強磁性体を含んでいてもよい。強磁性体又は反磁性体は、遷移金属のハロゲン化物であってもよい。
【0068】
本実施形態の基板２におけるナノワイヤ層３の配置面８はグラフェン層を含む。配置面８がグラフェン層を含む基板２の例は、グラファイト基板である。グラファイト基板の一例は、高配向性グラファイト（ＨＯＰＧ）基板である。炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の他の材料の層とグラフェン層とを含み、配置面８がグラフェン層により構成される基板２であってもよい。ただし、ナノワイヤ層３を配置しうる限り、基板２は上記例に限定されない。基板２は、例えば、チタン酸化物基板、サファイア等のアルミナ基板、ＳｉＯ2等の酸化ケイ素基板であってもよい。
【0069】
基板２の配置面８は導電性を有していてもよい。導電性を有する配置面８は、例えば１．０×１０3Ω／□以下、好ましくは５．０×１０2Ω／□以下、より好ましくは１．０×１０2Ω／□以下、特に好ましくは５０Ω／□以下の表面抵抗率を有する面として特定できる。表面抵抗率は４端子法により評価できる。
【0070】
ナノワイヤ構造体１は、基板２及びナノワイヤ層３以外のさらなる層を備えていてもよい。さらなる層の例は、保護層である。保護層は、例えば、ナノワイヤ層３上に配置されて、外部環境からナノワイヤ層３を保護する機能を有する。保護層の材質は、例えば、アルミナやＳｉＯ2等の無機酸化物である。保護層は絶縁層であってもよい。さらなる層及び保護層は、上記例に限定されない。
【0071】
ナノワイヤ構造体１は、例えば、ナノワイヤ４に含まれる材料を基板２の配置面８に対してパルスレーザー堆積法（ＰＬＤ）により堆積させることで製造できる。ナノワイヤ４に含まれうる材料は、上述のとおりである。レーザーを照射するターゲットは、ナノワイヤ４に含まれる材料の結晶体であってもよく、単結晶体であってもよい。ＰＬＤの実施前に配置面８を前処理してもよい。前処理の例は、不純物を配置面８から除去するための熱処理である。熱処理の条件は、例えば、温度３５０～４５０℃及び時間５～６０分である。前処理は、窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気下、又は、圧力１×１０-3Ｐａ以下の真空雰囲気下で実施してもよい。ＰＬＤは、チャンバーに収容した基板２に対して実施できる。堆積中のチャンバーは、圧力１×１０-3Ｐａ以下、例えば１×１０-3～１×１０-7Ｐａ程度、の真空雰囲気に維持することができる。レーザーには、パルスレーザーを使用できる。パルスレーザーは、ナノ秒レーザーが好ましい。レーザーの例は、近赤外レーザー、可視光レーザー及び紫外レーザーである。ＰＬＤを実施する基板の温度（以下、基板温度と記載）は、例えば３００～５００℃であり、３５０～４５０℃、さらには３５０～４００℃であってもよい。
【0072】
ナノワイヤ構造体１が形成される過程の一例（図１０参照）では、ＰＬＤによる上記材料の堆積が進行するにしたがって、基板２の上に上記材料のアモルファスの薄膜２１が形成される。その後、堆積をさらに進行させると、薄膜２１の一部が結晶化することでナノワイヤ４が形成される。薄膜２１において結晶化しなかった部分は、ベース部６として残留しうる。本発明者らの検討によれば、形成されるナノワイヤ４の形態は、堆積条件によって変化しうる。ナノワイヤ４の形態を変化させる堆積条件の例は、堆積の程度及び基板温度である。堆積の程度は、例えば、レーザーの照射パルス数及び出力によって制御できる。照射パルス数を制御した一例を図１１に示す。図１１の例では、照射パルス数を増加させるにしたがって、形成されるナノワイヤ４の数が増えると共に、隣接するナノワイヤ４の間隔及び間隔の変動は小さくなる。レーザーの出力を変化させた場合も同様である。基板の温度を変化させた場合は、例えば、ナノワイヤ４の幅が変化する。ＰＬＤによるナノワイヤ４及びナノワイヤ層３の形成には、自己組織化プロセスの１種であるチューリング機構（チューリング不安定性）が関与している可能性がある。チューリング機構は、反応拡散過程の１種である。
【0073】
ナノワイヤ構造体１の製法は、上記例に限定されない。
【0074】
（実施形態２）
本実施形態のナノワイヤ構造体の一例を図１２Ａ及び図１２Ｂに示す。図１２Ａ及び図１２Ｂのナノワイヤ構造体１（１Ｂ）は、基板２と、基板２上に形成されたナノワイヤ層３とを備える。図１２Ｂは、ナノワイヤ層３の側からナノワイヤ構造体１Ｂを見た平面図、及び、ナノワイヤ層３の部分拡大図である。ナノワイヤ層３は、厚さ方向に単層である。また、ナノワイヤ層３は、長さ１μｍ以上及び幅１５ｎｍ以下のナノワイヤ４（４Ｅ）を含む。ナノワイヤ４Ｅの幅の変動は、（ｉ）長さ５０ｎｍの区間を観察したときの平均幅Ａｗに対する最大幅と最小幅との差Ｄｗの比Ｄｗ／Ａｗにより表して０．３以下、及び、（ii）上記差Ｄｗにより表して１ｎｍ以下、からなる群から選択される少なくとも１つの状態にある。図１２Ｂのナノワイヤ４Ｅは、屈曲点１０を有する。ナノワイヤ４Ｅの長さは、１．２５μｍ、１．５μｍ以上、１．７５μｍ以上、２μｍ以上、２．５μｍ以上、さらには３μｍ以上であってもよい。長さの上限は、例えば１０μｍ以下である。ナノワイヤ４Ｅの幅は、１２ｎｍ以下、１０ｎｍ以下、７ｎｍ以下、５ｎｍ以下、４ｎｍ以下、３ｎｍ以下、２．５ｎｍ以下、２ｎｍ以下、１．５ｎｍ以下、１．２ｎｍ以下、さらには１ｎｍ以下であってもよい。幅の下限は、例えば０．２ｎｍ以上であり、０．３ｎｍ以上であってもよい。ナノワイヤ４Ｅの比Ｄｗ／Ａｗは、０．２５以下、０．２以下、０．１５以下、０．１以下、０．０８以下、０．０５以下、０．０４以下、０．０３以下、０．０２以下、さらには０．０１以下であってもよい。比Ｄｗ／Ａｗの下限は、例えば０．００１以上である。ナノワイヤ４Ｅの差Ｄｗは、０．９ｎｍ以下、０．８ｎｍ以下、０．７ｎｍ以下、０．６ｎｍ以下、さらには０．５ｎｍ以下であってもよい。差Ｄｗの下限は、例えば０ｎｍ以上であり、０．０５ｎｍ以上、さらには０．１ｎｍ以上であってもよい。
本実施形態のナノワイヤ構造体の一例を図１２Ａ及び図１２Ｂに示す。図１２Ａ及び図１２Ｂのナノワイヤ構造体１（１Ｂ）は、基板２と、基板２上に形成されたナノワイヤ層３とを備える。図１２Ｂは、ナノワイヤ層３の側からナノワイヤ構造体１Ｂを見た平面図、及び、ナノワイヤ層３の部分拡大図である。ナノワイヤ層３は、厚さ方向に単層である。また、ナノワイヤ層３は、長さ１μｍ以上及び幅１５ｎｍ以下のナノワイヤ４（４Ｅ）を含む。ナノワイヤ４Ｅの幅の変動は、（ｉ）長さ５０ｎｍの区間を観察したときの平均幅Ａｗに対する最大幅と最小幅との差Ｄｗの比Ｄｗ／Ａｗにより表して０．３以下、及び、（ii）上記差Ｄｗにより表して１ｎｍ以下、からなる群から選択される少なくとも１つの状態にある。図１２Ｂのナノワイヤ４Ｅは、屈曲点１０を有する。ナノワイヤ４Ｅの長さは、１．２５μｍ、１．５μｍ以上、１．７５μｍ以上、２μｍ以上、２．５μｍ以上、さらには３μｍ以上であってもよい。長さの上限は、例えば１０μｍ以下である。ナノワイヤ４Ｅの幅は、１２ｎｍ以下、１０ｎｍ以下、７ｎｍ以下、５ｎｍ以下、４ｎｍ以下、３ｎｍ以下、２．５ｎｍ以下、２ｎｍ以下、１．５ｎｍ以下、１．２ｎｍ以下、さらには１ｎｍ以下であってもよい。幅の下限は、例えば０．２ｎｍ以上であり、０．３ｎｍ以上であってもよい。ナノワイヤ４Ｅの比Ｄｗ／Ａｗは、０．２５以下、０．２以下、０．１５以下、０．１以下、０．０８以下、０．０５以下、０．０４以下、０．０３以下、０．０２以下、さらには０．０１以下であってもよい。比Ｄｗ／Ａｗの下限は、例えば０．００１以上である。ナノワイヤ４Ｅの差Ｄｗは、０．９ｎｍ以下、０．８ｎｍ以下、０．７ｎｍ以下、０．６ｎｍ以下、さらには０．５ｎｍ以下であってもよい。差Ｄｗの下限は、例えば０ｎｍ以上であり、０．０５ｎｍ以上、さらには０．１ｎｍ以上であってもよい。
【0075】
ナノワイヤ４Ｅは、ナノワイヤ層３が有しうるナノワイヤ構造である接合１１、ループ１２、スパイラル１３及び配列１４からなる群から選択される少なくとも１つ、例えば配列１４、に含まれていてもよい。上記少なくとも１つのナノワイヤ構造については、実施形態１で説明したとおりである。
【0076】
本実施形態のナノワイヤ層３は、ナノワイヤ４Ｅを含む限り、実施形態１で述べたナノワイヤ層３と同様の構成を有しうる。例えば、ナノワイヤ層３は、ナノワイヤ４Ｅの側面９に接するベース部６を有し、ベース部６は、ナノワイヤ４Ｅに含まれる第１の材料と同じ組成を有するが相の状態が異なる第２の材料を含んでいてもよい。
【0077】
本実施形態のナノワイヤ４Ｅは、上記長さ、幅及び幅の変動が満たされる限り、実施形態１で述べたナノワイヤ４と同様の構成を有しうる。例えば、ナノワイヤ４Ｅは単結晶構造を有していてもよい。また、単結晶構造を有するナノワイヤ４Ｅでは、ナノワイヤ４Ｅの幅の方向と単結晶構造の単位格子が有するいずれかの結晶軸が延びる方向とが一致しており、ナノワイヤ４Ｅは上記結晶軸の長さの整数倍の幅を有していてもよい。また、例えば、ナノワイヤ４Ｅは、一次元結晶構造を有する遷移金属化合物を含んでいてもよいし、遷移金属のハロゲン化物、例えばハロゲン化ルテニウム、を含んでいてもよい。
【0078】
本実施形態の基板２は、実施形態１で述べた基板２と同様の構成を有しうる。例えば、基板２におけるナノワイヤ層３の配置面８は、グラフェン層を含んでいてもよい。
【0079】
本実施形態のナノワイヤ構造体１Ｂは、実施形態１で述べた方法により製造できる。なお、配列１１が形成される条件において、ナノワイヤ４Ｅは形成されやすい傾向にある。ただし、ナノワイヤ構造体１Ｂの製法は、上記方法に限定されない。
【0080】
［用途］
ナノワイヤ構造体１は、例えば、以下の用途に使用できる。ただし、ナノワイヤ構造体１の用途は、下記の例に限定されない。
ナノワイヤ構造体１は、例えば、以下の用途に使用できる。ただし、ナノワイヤ構造体１の用途は、下記の例に限定されない。
【0081】
ナノワイヤ４には、半導体量子効果及び結晶量子効果等の量子効果が発現する可能性がある。これに着目すると、ナノワイヤ構造体１を量子効果デバイス（Quantum Effect Device）又はその構成部材として使用することが考えられる。換言すると、ナノワイヤ構造体１は、量子効果デバイス又はその構成部材に含まれうる。量子効果デバイスの一例は、量子コンピュータである。構成部材の一例は、量子計算チップ及びその内部回路である。量子効果デバイス又はその構成部材として使用しうるナノワイヤ構造体１の一例を図１３に示す。図１３のナノワイヤ構造体１は、基板２と、基板２上に形成されたナノワイヤ構造として接合１１とを備えている。図１３の接合１１は、３分岐接合である。接合１１は、４分岐接合であってもよい。接合１１の接合点５から延びる各ナノワイヤ４の幅は１５ｎｍ以下であり、実施形態１で述べた好ましい範囲にあってもよく、長さは、例えば３～１００ｎｍである。図１３の接合１１では、接合点５における電子の励起状態をマヨラナ粒子（Majorana particle）として記述できる可能性がある。同様に、基板２上に形成されたナノワイヤ構造としてループ１２やスパイラル１３を備える場合においても、量子効果デバイス又はその構成部材としての使用が考えられる。量子効果デバイス又はその構成部材としての使用においては、ナノワイヤ４が強磁性体又は反強磁性体を含むことが好ましい。強磁性体はイジング強磁性体であってもよい。
【0082】
ナノワイヤ４は、１５ｎｍ以下の幅を有しうる。これに着目し、微細加工のマスクとしてナノワイヤ４を利用することが考えられる。例えば、ナノワイヤ４をマスクとして基板２をエッチング加工することにより、ナノワイヤ４の形状に対応する形状を有する基板２の微細加工体を得ることができる（図１４参照）。図１４の例は、さらなる別の基板３１と、基板３１上に配置されたグラフェンナノ構造体３２とを含む積層体である。グラフェンナノ構造体３２は、ナノワイヤ４をマスクに使用したグラフェン基板の微細加工により形成できる。基板３１の例は、超電導基板である。グラフェン基板の微細加工にはエッチング、例えばアルゴンエッチング、を利用できる。グラフェンナノ構造体３２についても、量子効果デバイス又はその構成部材としての使用が考えられる。グラフェンナノ構造体３２をマスクとするさらなる微細加工によって、イジング磁性体等の強磁性体又は反強磁性体の微細加工体を得ることも可能である。換言すれば、ナノワイヤ４及びナノワイヤ構造体１は、グラフェン、強磁性体及び反強磁性体を含む各種の材料のナノ構造体の製造に利用できる。製造されるナノ構造体は、接合、ループ、スパイラル及び配列からなる群から選択される少なくとも１種のナノ構造を有しうる。
【0083】
［ナノ回路］
本実施形態のナノ回路は、例えば、実施形態１及び／又は実施形態２のナノワイヤ構造体１を備える。本明細書においてナノ回路とは、ナノメートルサイズ及びそれよりもやや大きい幅、具体的には１５ｎｍ以下の幅、を有する配線を有する回路を意味する。ナノ回路における配線間の平均間隔は、例えば３０ｎｍ以下であり、２０ｎｍ以下、１０ｍｍ以下、さらには５ｎｍ以下であってもよい。ナノ回路の一例が備えるナノワイヤ層３は、ナノワイヤ構造として配列１４を有する。ナノ回路が含みうる配列１４では、例えば、１０以上３０以下程度のナノワイヤ４が５０ｎｍ×５０ｎｍの領域に互いに離間して延びている。配列１４に含まれるナノワイヤ４は、互いに電気的に絶縁されていてもよい。ただし、ナノ回路は、上記例に限定されない。接合１１を有するナノワイヤ層３を含むナノ回路であってもよく、当該ナノ回路は、例えば、分配回路としての使用が考えられる。ナノ回路は、所望の回路構造を有する領域をナノワイヤ構造体１上に確定し、当該領域の微細加工、例えば切り出し加工、により形成できる。ただし、ナノ回路の形成方法は、この例に限定されない。
本実施形態のナノ回路は、例えば、実施形態１及び／又は実施形態２のナノワイヤ構造体１を備える。本明細書においてナノ回路とは、ナノメートルサイズ及びそれよりもやや大きい幅、具体的には１５ｎｍ以下の幅、を有する配線を有する回路を意味する。ナノ回路における配線間の平均間隔は、例えば３０ｎｍ以下であり、２０ｎｍ以下、１０ｍｍ以下、さらには５ｎｍ以下であってもよい。ナノ回路の一例が備えるナノワイヤ層３は、ナノワイヤ構造として配列１４を有する。ナノ回路が含みうる配列１４では、例えば、１０以上３０以下程度のナノワイヤ４が５０ｎｍ×５０ｎｍの領域に互いに離間して延びている。配列１４に含まれるナノワイヤ４は、互いに電気的に絶縁されていてもよい。ただし、ナノ回路は、上記例に限定されない。接合１１を有するナノワイヤ層３を含むナノ回路であってもよく、当該ナノ回路は、例えば、分配回路としての使用が考えられる。ナノ回路は、所望の回路構造を有する領域をナノワイヤ構造体１上に確定し、当該領域の微細加工、例えば切り出し加工、により形成できる。ただし、ナノ回路の形成方法は、この例に限定されない。
【実施例0084】
以下、実施例により、本発明をさらに詳細に説明する。本発明は、以下に示す具体的な態様に限定されない。
【0085】
本実施例では、ＰＬＤによってナノワイヤ構造体を作製した。基板には、ＨＯＰＧ基板、及び、単層のグラフェン層を表面に有する炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板を準備した。ＨＯＰＧ基板については、ＰＬＤを実施する前に、劈開によって新たな表面を露出させると共に４００℃及び１５分の熱処理を実施した。ＳｉＣ基板のグラフェン層は、熱分解法により形成した。ＰＬＤのターゲットには、化学気相輸送法により合成したＲｕＣｌ3単結晶を使用した。ＰＬＤは、チャンバーの内部を圧力１×１０-5Ｐａの真空雰囲気に保持した状態で実施した。レーザーには、波長１０６４ｎｍ及び出力８１ｍＪのナノ秒パルスレーザー（周期１６－１８ナノ秒）を使用した。ターゲットに照射するレーザーの強度は、アッテネーターにより調整した。ＰＬＤを実施する際の基板温度は３５０～４００℃とした。なお、同じ条件のＰＬＤにより形成した厚膜がＲｕＣｌ3結晶から構成されることを、Ｘ線回折分析により別途確認した。
【0086】
上記手法により作製したナノワイヤ構造体におけるナノワイヤ層の表面は、ＳＴＭのトポグラフィー像により観察した。ＳＴＭには、ユニソク社製超高真空ＳＴＭを使用し、観察は温度７８Ｋで実施した。ＳＴＭのチップには、電気化学的にエッチングしたタングステンワイヤーを使用した。タングステンワイヤーには、電子ビーム加熱により洗浄し、Ｓｉ（１１１）面上に蒸着させたＡｇ（１１１）面上でコンディショニングしたものを用いた。２Ｖのバイアス電圧は、ナノワイヤ構造体の基板に印加した。トポグラフィー像は、全て定電流モードで撮影した。電流値は、３０ｐＡ又は５０ｐＡとした。差動コンダクタンスは、変調電圧を２０ｍＶとする９７３Ｈｚでの標準的なロックイン法により測定した。
【0087】
（観察結果）
図１５Ａ及び図１５Ｂに、ＨＯＰＧ基板を用い、基板温度を４００℃として作製したナノワイヤ層のＳＴＭトポグラフィー像を示す。なお、図１５Ａ及び図１５Ｂは、拡大倍率が異なる。図１５Ａに示すように、作製したナノワイヤ層に含まれるナノワイヤは、周期的に並んだ原子により構成される単結晶構造を有していた。また、ナノワイヤの結晶構造は、幅方向に４列のＲｕＣｌ3単位格子が並ぶと共に、当該単位格子のｃ軸方向に特異的に延びた一次元結晶構造であった。ナノワイヤの幅は、ＲｕＣｌ3単位格子のａ軸の長さの４倍であった。なお、基板温度を３８０℃とした場合には、幅方向に２列のＲｕＣｌ3単位格子が並んだ一次元結晶構造を有するナノワイヤが形成された（図１５Ａの右下枠内を参照）。このとき、ナノワイヤの幅は、ＲｕＣｌ3単位格子のａ軸の長さの２倍であった。ナノワイヤはナノワイヤ層の厚さ方向には堆積及び凝集しておらず、すなわち、作製されたナノワイヤ層は単層であった。
図１５Ａ及び図１５Ｂに、ＨＯＰＧ基板を用い、基板温度を４００℃として作製したナノワイヤ層のＳＴＭトポグラフィー像を示す。なお、図１５Ａ及び図１５Ｂは、拡大倍率が異なる。図１５Ａに示すように、作製したナノワイヤ層に含まれるナノワイヤは、周期的に並んだ原子により構成される単結晶構造を有していた。また、ナノワイヤの結晶構造は、幅方向に４列のＲｕＣｌ3単位格子が並ぶと共に、当該単位格子のｃ軸方向に特異的に延びた一次元結晶構造であった。ナノワイヤの幅は、ＲｕＣｌ3単位格子のａ軸の長さの４倍であった。なお、基板温度を３８０℃とした場合には、幅方向に２列のＲｕＣｌ3単位格子が並んだ一次元結晶構造を有するナノワイヤが形成された（図１５Ａの右下枠内を参照）。このとき、ナノワイヤの幅は、ＲｕＣｌ3単位格子のａ軸の長さの２倍であった。ナノワイヤはナノワイヤ層の厚さ方向には堆積及び凝集しておらず、すなわち、作製されたナノワイヤ層は単層であった。
【0088】
図１５Ｂに示すように、ナノワイヤ構造として接合及び配列がナノワイヤ層に観察された。接合としては、３分岐接合及び４分岐接合が観察された（円により囲まれた部分を参照）。また、配列には屈曲部が観察された（矢印を参照）。図１５Ｂにおいて観察される全てのナノワイヤは３ｎｍ以下の幅を有しており、全てのナノワイヤの幅の変動は比Ｄｗ／Ａｗにより表して０．１以下であった。また、１０のナノワイヤが互いに離間して延びており、隣接するナノワイヤの間隔は５ｎｍ以下であり、間隔の変動が比Ｄｐ／Ａｐにより表して０．１以下である、５０ｎｍ×５０ｎｍの第１の領域が観察された（正方形により囲まれた部分を参照）。長さ２５０ｎｍ以上にわたって互いに離間して延びる３以上のナノワイヤを含む第１の領域も観察された。
【0089】
図１５Ｂのナノワイヤ層では、ナノワイヤの側面に接するベース部が観察された。図１５Ｂにおける淡色の部分がナノワイヤに、濃色の部分がベース部に対応する。ベース部をさらに拡大しても周期的な格子構造は見られず（図１５Ｃ参照）、すなわち、ベース部はＲｕＣｌ3のアモルファス（ａ－ＲｕＣｌ3）により構成されることが確認された。
【0090】
図１４Ｄに、グラフェン層を有するＳｉＣ基板を用い、基板温度を４００℃として作製したナノワイヤ層のＳＴＭトポグラフィー像を示す。図１４Ｄに示すように、グラフェン層の表面には凹部が存在していたが、凹部の表面に沿うようにナノワイヤが延びていることが確認された。凹部の表面に沿うようにナノワイヤが延びていること、及び、ＲｕＣｌ3の単位格子におけるｃ軸方向の長さと、炭素原子のハニカム格子における格子定数及びその整数倍とが一致しないことから、ナノワイヤの形成にとってＨＯＰＧやグラフェン層とのエピタキシャルな結合が必須ではないことが確認された。なお、配置面がＨＯＰＧであるかグラフェン層であるかによることなく、同じＰＬＤの条件では、同程度の幅、幅の変動及び間隔の変動を有するナノワイヤが形成された。
【0091】
ＳＴＭを用いたナノワイヤ層の断面解析によれば、ナノワイヤの高さは０．５ｎｍであり、作製したナノワイヤ層の全体にわたってほぼ一定であった。この高さは、ＲｕＣｌ3の単位格子におけるｂ軸方向の長さとほぼ一致していた。一方、ベース部の高さは、作製したナノワイヤ層の全体にわたって０．２ｎｍであった。
【0092】
図１６に、作製した別のナノワイヤ層のＳＴＭトポグラフィー像を示す。基板はＨＯＰＧ基板、基板温度は４００℃であった。図１６のナノワイヤ層は、厚さ方向に単層であると共に、以下の特徴を有していた。
・およそ１μｍ×０．７μｍの範囲にわたって、ナノワイヤが充填された構造が観察された。
・観察される全てのナノワイヤは３ｎｍ以下の幅を有していた。
・１０のナノワイヤが互いに離間して延びており、隣接するナノワイヤの間隔は５ｎｍ以下であり、間隔の変動が比Ｄｐ／Ａｐにより表して０．１以下である、１００ｎｍ×１００ｎｍの第１の領域が観察された。
・第１の領域は、長さ３５０ｎｍ以上にわたって互いに離間して延びる３以上のナノワイヤを含んでいた。
・３μｍ以上の長さを有すると共に、長さ５０ｎｍの区間を観察したときの比Ｄｗ／Ａｗにより表して０．１以下の幅の変動を有するナノワイヤを含んでいた（図１６の太線部を参照）。
・一辺１００ｎｍ以上の正方形状を有すると共に、接合が観察されない第２の領域を有していた。
・一辺１００ｎｍ以上の正方形状を有すると共に、ナノワイヤが観察されない第３の領域は有していなかった。
・およそ１μｍ×０．７μｍの範囲にわたって、ナノワイヤが充填された構造が観察された。
・観察される全てのナノワイヤは３ｎｍ以下の幅を有していた。
・１０のナノワイヤが互いに離間して延びており、隣接するナノワイヤの間隔は５ｎｍ以下であり、間隔の変動が比Ｄｐ／Ａｐにより表して０．１以下である、１００ｎｍ×１００ｎｍの第１の領域が観察された。
・第１の領域は、長さ３５０ｎｍ以上にわたって互いに離間して延びる３以上のナノワイヤを含んでいた。
・３μｍ以上の長さを有すると共に、長さ５０ｎｍの区間を観察したときの比Ｄｗ／Ａｗにより表して０．１以下の幅の変動を有するナノワイヤを含んでいた（図１６の太線部を参照）。
・一辺１００ｎｍ以上の正方形状を有すると共に、接合が観察されない第２の領域を有していた。
・一辺１００ｎｍ以上の正方形状を有すると共に、ナノワイヤが観察されない第３の領域は有していなかった。
【0093】
図１７Ａ～図１７Ｄに、作製した別のナノワイヤ層のＳＴＭトポグラフィー像を示す。基板はＨＯＰＧ基板、基板温度は４００℃であった。図１７Ａ～図１７Ｄに示す各ナノワイヤ層では、ＰＬＤにおいて照射したレーザーの出力及び照射パルス数が異なる。出力及び照射パルス数から算出した照射強度が少ない順に、図１７Ａ、図１７Ｂ、図１７Ｃ及び図１７Ｄである。図１７Ａ～図１７Ｄに示すように、ＰＬＤの条件によって隣接するナノワイヤの間隔を制御できることが確認された。具体的には、照射パルス数の制御によって、２５ｎｍ（図１７Ａ）から１．５ｎｍ（図１７Ｄ）まで間隔が変化した。なお、隣接するナノワイヤの間隔が大きくなる条件ほど、ループ及び接合が形成される傾向にあった。
【0094】
図１８に、作製した別のナノワイヤ層のＳＴＭトポグラフィー像を示す。基板はＨＯＰＧ基板、基板温度は４００℃であった。図１８のナノワイヤ層では、分岐を有さないループ、３分岐接合及び４分岐接合が観察された（円により囲まれた部分及び正方形により囲まれた部分を参照）。図１８において観察される全てのナノワイヤの幅は３ｎｍ以下、幅の変動は、長さ５０ｎｍの区間を観察したときの比Ｄｗ／Ａｗにより表して０．１以下であった。図１９に、図１８のナノワイヤ層において観察された４分岐接合の高さ方向のプロファイルを示す。図１９における符号１～３は、図１８の右上に示された４分岐接合の拡大図における断面１～３に対応する。図１９に示すように、接合点におけるナノワイヤの高さは、接合点から延びるナノワイヤの高さの１．４倍であった。また、接合点においても単結晶構造が維持されていた。
【0095】
【産業上の利用可能性】
【0096】
本発明のナノワイヤ構造体は、例えば、ナノワイヤ特有の微細な形状に基づく用途に使用できる。考えられる用途の例は、量子効果デバイス又はその構成部材、及び、微細加工用のマスク、並びにナノ回路である。
【符号の説明】
【0097】
１、１Ａ、１Ｂ ナノワイヤ構造体
２ 基板
３ ナノワイヤ層
４、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ、４Ｅ ナノワイヤ
５ 接合点
６ ベース部
７ 屈曲部
８ 配置面
９ 側面
１１ 接合
１２ ループ
１３ スパイラル
１４ 配列
Ａ 第１の領域
２ 基板
３ ナノワイヤ層
４、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ、４Ｅ ナノワイヤ
５ 接合点
６ ベース部
７ 屈曲部
８ 配置面
９ 側面
１１ 接合
１２ ループ
１３ スパイラル
１４ 配列
Ａ 第１の領域
【図1A】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12A】
【図12B】
【図13】
【図14】
【図15A】
【図15B】
【図15C】
【図16】
【図17A】
【図17B】
【図17C】
【図17D】
【図18】
【図19】
【図20】
