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金属カルコゲナイドナノチューブに基づく電気機械共振器

発明が解決しようとする課題[発明の詳細な説明]から抜粋

本発明は、初めて、金属カルコゲナイドナノチューブの共振電気機械挙動を提示する。金属カルコゲナイドナノチューブ、具体的には二硫化タングステン（ＷＳ２）の共振ねじり挙動を示し、カーボンナノチューブのものと比較する。ＷＳ２ナノチューブは、例えば、これまでにナノチューブに見られたなかで最も高いＱファクタ（Ｑ）とねじり共振振動数を有することがわかった。恐らくは速度依存層間摩擦のために、様々なナノチューブ、特にＷＳ２の場合の動的および静的ねじりばね定数が異なることがわかった。これらの結果は、金属カルコゲナイドナノチューブが高Ｑ電気機械共振器システムのための有望なビルディングブロックであることを示している。

課題を解決するための手段[発明の詳細な説明]から抜粋

一実施形態では、本発明は少なくとも１つの金属カルコゲナイドナノチューブを含む電気機械共振器を提供する。

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この特許公報に記載されている図面[図面の簡単な説明]から抜粋

【図1】 ナノチューブベースのねじり共振器の共振スペクトル測定のための設定（概略設定）を示す図であり、（ａ）多層ＣＮＴ、ＢＮＮＴおよびＷＳ２ＮＴの概略構造と、（ｂ）走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像と、（ｃ）ナノチューブベースのねじり共振器の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）画像と、（ｄ）基板と、ナノチューブに装着されたオフセットペダルとの間にＤＣ電圧とＡＣ電圧を印加することによって作動させるねじり共振器とを示す図である。振幅がレーザドップラー振動計（ＬＤＶ）によって検出され、ネットワーク分析器に出力される。
【図2A】 異なるナノチューブベースのねじり共振器の代表的共振スペクトルを示す図であり、ＣＮＴ（デバイス＃２）を示す図である。挿入図に、より高い分解能で測定された様々な共振ピークの式１へのフィッティングを示す。
【図2B】 異なるナノチューブベースのねじり共振器の代表的共振スペクトルを示す図であり、ＢＮＮＴ（デバイス＃５）を示す図である。挿入図に、より高い分解能で測定された様々な共振ピークの式１へのフィッティングを示す。５．８４ＭＨｚにおいて１つの明確なピークがあり、それより高い振動数においてＬＤＶレーザスポットの場所に関わりなく現れたより小さく、したがって測定の一部についての比較的低い信号対雑音比が原因の測定のアーチファクトである可能性が高い特徴がある（相対振幅信号スケール参照）。
【図2C】 異なるナノチューブベースのねじり共振器の代表的共振スペクトルを示す図であり、ＷＳ２ＮＴ（デバイス＃１）を示す図である。挿入図に、より高い分解能で測定された様々な共振ピークの式１へのフィッティングを示す。
【図3】 カーボンナノチューブベースのねじり共振器（デバイス２、図２Ａ）の異なる通常モードの測定共振振動数とシミュレーションされた共振振動数との比較を示す図である。中密ロッドと中空の円筒の２つの極端な層間結合の事例を調べたものである。下線付きのシミュレーション振動数は、測定振動数により近い振動数である。
【図4A】 ＣＮＴ、ＢＮＮＴおよびＷＳ２ＮＴのねじり共振特性の比較を示す図であり、空気中および真空中における代表的なＣＮＴ、ＢＮＮＴおよびＷＳ２ＮＴベースの共振器のねじり共振ピーク（それぞれ、ＣＮＴデバイス＃２（左）、ＢＮＮＴデバイス＃１（中央）、およびＷＳ２ＮＴ＃１（右））を示す図である。括弧内の値は真空中での測定値を表す。
【図4B】 ＮＴ、ＢＮＮＴおよびＷＳ２ＮＴのねじり共振特性の比較を示す図であり、ＮＴ直径の関数として空気中で測定されたねじり共振器の動的ねじりばね定数を示す図である（左下ＣＮＴ、中央ＢＮＮＴ、右上ＷＳ２）。
【図4C】 ＮＴ、ＢＮＮＴおよびＷＳ２ＮＴのねじり共振特性の比較を示す図であり、共振器のねじりばね定数の関数としての空気中におけるすべての共振器のＱファクタとを示す図である（左下ＣＮＴ、中央ＢＮＮＴ、右上ＷＳ２）。
【図5A】 ＣＮＴ、ＢＮＮＴおよびＷＳ２ＮＴ共振器の静的ねじりばね定数の測定を示す図であり、力－距離測定時のＡＦＭカンチレバーおよびペダルの概略図である。
【図5B】 ＣＮＴ、ＢＮＮＴおよびＷＳ２ＮＴ共振器の静的ねじりばね定数の測定を示す図であり、ＣＮＴ共振器（デバイス＃５）の線形剛性を、ペダル両端間におけるカンチレバーの位置の関数としてプロットした図である。
【図6】 ペダル上のＬＤＶシステムのレーザスポットの照準を示す図である。
【図7】 ＢＮＮＴベースのねじりデバイス＃１のＦＥＡシミュレーションを示す図である。
【図8】 ＷＳ２ＮＴベースのねじりデバイス＃１のＦＥＡシミュレーションを示す図である。
【図9】 二硫化タングステンナノチューブベースのねじり共振器のＬＤＶスペクトル（下）と混合スペクトル（上）とを示す図である。
【図10】 電気信号混合測定を示す概略説明図である。
図を簡単にし、明確にするために、図に示す要素は必ずしも一律の縮尺では描かれていないことはわかるであろう。例えば、要素のうちの一部の要素の寸法が、明確にするために他の要素に対して誇張されている場合がある。また、適切とみなされる場合には、対応する要素または類似の要素を示すために、図面間で参照番号を繰り返し使用することがある。

代表図 図1本件の代表的な図

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