2016 Fiscal Year Annual Research Report
Study of Electron/Spin Transport at Molecules by Functionalized Four-Tip STM
| Project Area | Molecular Architectonics: Orchestration of Single Molecules for Novel Function |
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| Project/Area Number |
25110010
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
長谷川 修司 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (00228446)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
秋山 了太 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (40633962)
高山 あかり 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (70722338)
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| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| Keywords | 分子電気伝導 / 多探針走査トンネル顕微鏡 / グラフェン / ベリー位相 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1)4探針型STMを用いて、各種有機分子膜のナノスケールでの電気伝導の測定を試みている。化学専攻西原研から提供いただいた金属Dithiolen錯体ナノシートの電気伝導測定を行った。金属Dithiolen錯体はπ共役電子系を持ち、有機伝導体として知られる。特にPtDithiolen薄膜については、電子線照射やアニールによってキャリアがドープされて電気伝導度が5桁以上増加して縮退半導的振る舞いを示すことを見出した。
(2)AB積層構造の２層グラフェンではバンド分散が放物線的となるが、AA積層構造ではベリー位相がπとなりディラックコーン状の直線分散となって移動度が大幅に上昇する。しかしAA積層構造を人工的に作成することは難しい。今回、超高真空中でAB積層の２層グラフェンにLiをインターカレートして、更にそれを900℃に加熱してLiを脱離させると、観測されたシュブニコフドハース振動から、そのベリー位相はπとなり、移動度が上昇することがわかった。この結果からAA積層構造が実現していると言える。
(3) グラフェン層間に金属原子(Li, Ca, Kなど)をインターカレートした系では、超伝導が発現したり特異な積層構造が形成される。本研究では、SiC(0001)上に成長した2層グラフェンにLi原子をインターカレートしたC6LiC6の構造解析を、最表面原子層に極めて敏感な全反射高速陽電子回折法で行った。グラフェン層間へのLi原子のインターカレーション以外に、グラフェン-バッファー層間へもインターカレーションされ、層間距離が約0.5Å程度増加することもわかった。さらに、Li原子インターカレート前後での2層グラフェンの積層構造の変化が観測された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
(1)次の試料提供を受けて領域内で共同研究を進めているが、論文としてまとまった結果が出た試料、現在解析中の試料、および測定不能の試料などがあり、概ね順調に研究が進展している。AuNP/Thiophene（大阪大学 家Gr）、酸化グラフェン（東北大学 米田Gr）、高品質グラフェン（東北大学吹留Gr）、TBC3:Br（名古屋大学 松下Gr）、Graphdiyne・Terpyridine・金属Dithiolene（東京大学 西原Gr）
(2)とくにグラフェンに関して、超伝導を発見したり、インターカレーションによって積層構造の変化とそれにともなうベリー位相の変化を発見したりして、順調に成果を上げている。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1)昨年度までに領域内で提供を受けた試料のうち、AuNP/Thiophene（大阪大学 家Gr）、高品質グラフェン（東北大学吹留Gr）、TBC3:Br（名古屋大学 松下Gr）、金属Dithiolene（東京大学 西原Gr）が興味深い伝導度および温度依存性などが測定できているので、さらに詳細な測定をして伝導特性とメカニズムを明らかにする。
(2) とくにグラフェンの構造と伝導に関して、昨年度から進めている陽電子回折法によって積層構造を曖昧さなく解明すると同時に、積層構造と伝導特性、電子状態の層間を明らかにする。また、アルカリ（土類）金属原子の表面吸着およびインターカレーションによる超伝導をさらに系統的に調べる。
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