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Elucidation of novel oscillations of graphite in the quantum limit

Research Project

Project/Area Number 19K14655
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

Taen Toshihiro  東京大学, 物性研究所, 助教 (10771090)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2020: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Keywords擬量子極限 / 電気抵抗振動現象 / 強磁場 / グラファイト / 薄膜 / ファンデルワールス積層 / ファンデルワール積層 / 量子極限 / 輸送特性
Outline of Research at the Start

グラファイトの擬量子極限(10-30 T)において磁場に周期的な電気伝導率の振動が2017 年に発見され、注目されている。その振幅が量子化抵抗程度であることから量子現象由来である可能性が指摘されている。その起源として、結晶に積層欠陥による超格子が形成され、そのポテンシャル変調によって干渉効果が起こっている可能性が提唱されているが、直接的証拠はない。本研究では相対角度を制御した積層結晶を作製することで人工的に超格子を導入した試料を作製し、研究室レベルで行える小型のパルス磁場中での精密電気伝導測定と組み合わせることで、本現象の起源解明を行う。

Outline of Final Research Achievements

Periodic electrical-conductance oscillations of graphite in quasi-quantum limit was found in 2017, which attract a noticeable attention. The in-plane potential modulation was proposed as a possible mechanism, which is induced by the stacking fault of the crystal, while it is not evident that the mechanism is truly realized. We independently discovered and reported the same phenomenon in thin-film FET device. In this study, by using the similar samples, we proposed that the standing wave along the stacking direction is a plausible mechanism of this phenomenon. In order to distinguish these two mechanisms, we prepared samples with artificial stacking fault. The experimental results in these samples are consistent with the staking fault mechanism.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で提唱した定在波メカニズムは、量子極限で発現する電気抵抗振動現象がこれまで知られていた量子的な振動のいずれとも異なる現象である可能性を示唆した。まず、磁場に対して周期的であることから、磁場の逆数に対して周期的なシュブニコフドハース振動と呼ばれる量子振動とは明確に異なる。一方、磁場に対して周期的な振動であるアハラノフボーム効果(AB効果)とは異なり、高磁場でのみ発現する。量子極限における薄膜であるがゆえに磁場方向に沿った定在波が発生し、その有効膜厚に対応する波長の定在波発生条件が磁場に周期的であることに由来する。本研究によって、薄膜における量子極限特有の現象を明らかにすることに成功した。

Report

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

    (4 results)

All 2021 2020

All Presentation (4 results)

  • [Presentation] 人工積層によって界面を導入したグラファイトの作製と輸送特性評価2021

    • Author(s)
      田縁俊光、長田俊人
    • Organizer
      日本物理学会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 薄膜グラファイトにおける磁場に周期的な抵抗振動効果2021

    • Author(s)
      田縁俊光、長田俊人
    • Organizer
      日本物理学会第76回年次大会(2021年)
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 薄膜グラファイトの伝導特性に対するhBNを用いた表面保護効果2020

    • Author(s)
      田縁俊光、柏木聖生、内田和人、長田俊人
    • Organizer
      日本物理学会秋季大会(2020年)
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 薄膜グラファイトのhBNカプセル化及び磁気抵抗測定2020

    • Author(s)
      田縁俊光、柏木聖生、内田和人、長田俊人
    • Organizer
      日本物理学会第75回年次大会(2020年)
    • Related Report
      2019 Research-status Report

URL: 

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

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