Одно из наиболее перспективных направлений использования углеродных нанотрубок (УНТ) связано с разработкой холодных полевых эмиттеров на их основе. Уникальные особенности таких систем обусловлены высоким аспектным отношением нанотрубок, благодаря которому напряженность электрического поля в окрестности наконечника нанотрубки может в сотни раз превышать соответствующую среднюю величину этого параметра в межэлектродном промежутке. Тем самым использование УНТ в качестве основы холодных полевых катодов позволяет существенно снизить величину приложенного напряжения в таких системах, что существенно расширяет область их возможного применения. Среди технических трудностей, возникающих на этом пути, следует в первую очередь упомянуть проблему создания массива вертикально ориентированных равноотстоящих УНТ одинаковой структуры. Решению этой проблемы способствует использование постоянного электрического поля, направление которого совпадает с направлением роста УНТ. Принято считать, что преимущественному росту УНТ в направлении поля способствует их поляризация. Это связано с притяжением, которое характеризует взаимодействие между дипольным моментом нанотрубки и наведенным диполем нейтральных атомов, окружающих эту поверхность в процессе роста УНТ. Однако, как следует из результатов эксперимента, выполненного в Univ. of Nebraska-Lincoln (США) [1], влияние электрического поля на ориентацию УНТ имеет более сложный характер. На это, в частности, указывает установленная авторами зависимость степени ориентации УНТ от полярности приложенного поля, которая не должна наблюдаться при чисто электростатическом взаимодействии нанотрубки и атома. УНТ выращивали на подложке Si/SiO2 методом осаждения паров с лазерным стимулированием (LCVD). В качестве электродов использовали структурированную пленку рутения толщиной 180 нм, которую напыляли на подложку с помощью фотолитографии. На Ru электроды наносили трехслойную пленку Al/Fe/Al (2.1.1 нм), которая служила катализатором. Преимущества использования электродов из рутения связаны с высокими работой выхода и температурой плавления этого металла, а также с его низкой растворимостью в железе.

Процесс роста УНТ проводили при температуре 500 ± 20оС под облучением СО2-лазера непрерывного действия в потоке С2Н2 +NH3 в отношении 1:10 при полном давлении 10 Торр. Длительность роста составляла 1.5 мин. С целью получения вертикально ориентированных УНТ на электроды подавали постоянное напряжение различной полярности. Полученные УНТ исследовали с помощью полевого эмиссионного сканирующего электронного микроскопа, а также КР спектрометра, имеющего пространственное разрешение 2 мкм. Исследования показали, что на катоде росли вертикально ориентированные нанотрубки, в то время как УНТ, выращенные на аноде, стелились по его поверхности.

В качестве механизма вертикального выстраивания УНТ перпендикулярно поверхности катода авторы рассматривают отрицательный заряд на частицах катализатора, обусловленный различием в работах выхода электрона для УНТ и железа. Отрицательно заряженная частица катализатора, подверженная влиянию электрического поля, оказывает ориентирующее воздействие на растущую нанотрубку. В случае нанотрубки, растущей от анода, указанное воздействие имеет противоположный знак и не способствует вертикальной ориентации УНТ.