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Fabrication and evaluation of Moire-angle controlled bilayer graphene

Research Project

Project/Area Number 19H02602
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 29020:Thin film/surface and interfacial physical properties-related
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

Tanaka Satoru  九州大学, 工学研究院, 教授 (80281640)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 神田 晶申  筑波大学, 数理物質系, 教授 (30281637)
小森 文夫  東京工業大学, 物質理工学院, 研究員 (60170388)
Anton V.Visikovs  九州大学, 工学研究院, 助教 (70449487)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Fiscal Year 2020: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000)
Fiscal Year 2019: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000)
Keywordsグラフェン / エピタキシー / 電子状態 / ツイスト2層グラフェン / SiC / ツイスト2層グラフェン / モアレ / 角度制御 / 角度分解光電子分光 / CVDグラフェン / 剥離転写手法 / モアレ積層グラフェン / 転写
Outline of Research at the Start

互いに面内回転したグラフェンを2層重ねると,新しい結晶概念であるモアレ系結晶となる.本研究では,SiC基板上に剥離が容易なグラフェンがエピタキシャル成長する「新CVD法」をベースとした新しい剥離・転写手法を用いて,回転角を自在に制御した大面積モアレ積層系グラフェンを作製し,それらの電子物性とキャリア輸送特性を検証・探索する.

Outline of Final Research Achievements

When two layers of graphene rotated in-plane (twist angle) are stacked, a twisted two-layer graphene (TBG) is obtained. In this study, TBGs with controlled twist angles were prepared using epitaxial graphene growth, exfoliation, and transfer techniques on a SiC substrate, and their electronic characteristics were investigated.
1. Twist angle control: Graphene grows epitaxially on SiC, so by aligning the edge faces of two SiC substrates, it becomes 0 ° TBG, and by stepping motor, angle control is performed in the range of 0.7 to 4.0 ° by 0.1 ° accuracy.
2. Using angle-resolved photoelectron spectroscopy (ARPES), electronic structures of TBGs were examined. The spectra were well matched with the electronic state calculation of each twist angle.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

TBGは超伝導を始めとする様々なユニークな物性が発現する場として大きな注目を浴びており,将来のデバイス応用への期待も高い.現状ではミクロンスケールの小片サンプルを用いた研究が主であり,サンプル品質にばらつきがあり,整合性のよい結果が得られていない.ツイスト角度は特に制御が困難であることから,学術的な議論を妨げる要因となっている.本研究で得られた大面積で,かつツイスト角度を制御したTBGを用いることにより,物性探索の範囲が大きく拡がり,新たな物性の発見に繋がる可能性がある.

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2022 2021 2020 2019

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Electronic structure of 3°-twisted bilayer graphene on 4H-SiC(0001)2021

    • Author(s)
      Takushi Iimori, Anton Visikovskiy, Hitoshi Imamura, Toshio Miyamachi, Miho Kitamura, Koji Horiba, Hiroshi Kumigashira, Kazuhiko Mase, Kan Nakatsuji, Satoru Tanaka, Fumio Komori
    • Journal Title

      Physical Review Materials

      Volume: 5 Issue: 5

    • DOI

      10.1103/physrevmaterials.5.l051001

    • Related Report
      2021 Annual Research Report 2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] SiC基板上の1度以下のツイスト2層グラフェンの電子状態2022

    • Author(s)
      飯盛拓嗣, 今村均, 宮町俊生, 中辻寛, 北村未歩, 堀場弘司, 間瀬一彦, Visikovskiy Anton, 田中悟, 小森文夫
    • Organizer
      日本物理学会第76回年次大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] ツイスト2層グラフェンの構造緩和2021

    • Author(s)
      今村 均, ビシコフスキー アントン, 飯盛 拓嗣, 宮町 俊生,服部 琢磨,中辻 寛,北村 未歩,堀場 弘司,間瀬 一彦,解良 聡, 小森 文夫, 田中 悟
    • Organizer
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] エピタキシャルグラフェンのナノ構造と電子状態2021

    • Author(s)
      小森 文夫
    • Organizer
      JVSS関東支部講演大会
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      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Interface hot carrier dynamics in epitaxial graphene by time-resolved ARPES2021

    • Author(s)
      Yuhao Zhao, Takeshi Suzuki, Takushi Iimori, Qianhui Ren, Yusuke Sato, Teruto Kanai, Jiro Itatani, Kozo Okazaki, Shik Shin, Hirokazu Fukidome, Satoru Tanaka, Fumio Komori, Iwao Matsuda
    • Organizer
      日本物理学会 2021年秋季大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 大面積数度ツイストグラフェンの電子状態2021

    • Author(s)
      飯盛拓嗣, 今村均, 宮町俊生, 服部琢磨, 中辻寛, 北村未歩, 堀場弘司, 間瀬一彦, Visikovskiy Anton, 田中悟, 小森文夫
    • Organizer
      日本物理学会 2021年秋季大会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Interface hot carrier dynamics in quasi-crystalline twisted bilayer graphene and epitaxial graphene2021

    • Author(s)
      Y. Zhao, T. Suzuki, T. Iimori, S. J. Ahn, J. R. Ahn, J. Xu, Q. Ren, T. Kanai, J. Itatani, K. Okazaki, S. Shin, H. Fukidome, S. Tanaka, F. Komori and I. Matsuda
    • Organizer
      9th International Symposium on Surface Science
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      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Full tight-binding computational study of asymmetrically doped twisted bi- and trilayer graphene in relation with ARPES measurements2021

    • Author(s)
      Anton Visikovskiy, Hitoshi Imamura, Takushi Iimori, Kazuhiko Mase, Fumio Komori, Satoru Tanaka
    • Organizer
      日本物理学会 2021年秋季大会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] SiC(0001)上のツイストグラフェンの電子状態について II2020

    • Author(s)
      飯盛拓嗣, 今村均, 魚谷亮介, 宮町俊生, 服部琢磨, 中辻寛, 間瀬一彦, 梶原隆司, Visikovskiy Anton, 田中悟, 小森文夫
    • Organizer
      物理学会年会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] SiC(0001) 上のツイストグラフェンの電子状態のツイスト角度依存性2020

    • Author(s)
      飯盛拓嗣、宮町俊生,服部琢磨,中辻寛,北村未歩, 堀場弘司,間瀬一彦、梶原隆司、Visikovskiy Anton,田中悟,小森文夫
    • Organizer
      物理学会秋季分科会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] ツイスト角に依存したツイストグラフェン電子状態のARPESによる研究2020

    • Author(s)
      飯盛拓嗣,今村均,Visikovskiy Anton,魚谷亮介,梶原隆司,宮町 俊生,服部琢磨,原沢あゆみ,矢治光一郎,中辻寛,北村未歩,堀場弘司,間瀬一彦,田中悟,小森文夫
    • Organizer
      日本表面真空学会学術講演会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] ツイスト2層グラフェンの形成と構造評価2020

    • Author(s)
      今村 均,魚谷 亮介,白澤 徹郎,解良 聡,梶原 隆司,ビシコフスキー アントン,飯森 拓嗣,小森 文夫,田中 悟
    • Organizer
      第67回応用物理学会春季学術講演会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] ツイスト2層グラフェンの形成と電子状態2020

    • Author(s)
      今村 均,魚谷 亮介,白澤 徹郎,解良 聡,梶原 隆司,ビシコフスキー アントン,飯森 拓嗣,小森 文夫,田中 悟
    • Organizer
      第67回応用物理学会春季学術講演会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Moire induced electronic structure of twisted bilayer graphene2019

    • Author(s)
      Hitoshi Imamura
    • Organizer
      International Symposium on Epitaxial Graphene
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      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Periodically rippled graphene formed on 4H-SiC m-plane surface2019

    • Author(s)
      Ryosuke Uotani
    • Organizer
      International Symposium on Epitaxial Graphene
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Rotation-angle controlled twisted bilayer graphene2019

    • Author(s)
      Satoru Tanaka
    • Organizer
      12th International Symposium on Atomic Level Characterizations for New Materials and Devices ‘19 (ALC’19)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Fabrication and characterization of twisted bilayer graphene2019

    • Author(s)
      Satoru Tanaka
    • Organizer
      Materials Research Meeting 2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2019-04-18   Modified: 2023-01-30  

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