2016 Fiscal Year Annual Research Report
Electron wave dynamics in ballistic transport device realized by BN and graphene system
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15F15314
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
青木 伸之 千葉大学, 大学院融合科学研究科, 准教授 (60312930)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
CHUANG CHIASHAIN 千葉大学, 大学院融合科学研究科, 外国人特別研究員
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| Project Period (FY) |
2015-11-09 – 2018-03-31
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| Keywords | グラフェン / 化学気相成長法（CVD） / ドメイン境界 / 走査ゲート顕微法 / グラフェン量子ドット / 磁気力顕微鏡 / プラズマエッチング / 窒化ホウ素（BN） |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度はグラフェンの高移動度化を目指して研究を進めた。高移動度化に伴い、平均自由工程が１ミクロン程度まで上昇させることができた。これにより、シュブニコフ-ド・ハース効果が顕著に現れることが確認され、その解析から求まった有効質量や緩和時間を導出した結果についても論文にて報告した。
ドライプロセスによるBNのマニピュレーション技術を習得し、それを用いたBN/Gr/BN構造の作製を行った。その中で、とくにＣＶＤグラフェンにおいてはドメイン境界における散乱が伝導にどのように寄与しているかについての定量的な評価が大変重要であることから、ＣＶＤグラフェンを数ミクロンサイズに加工したホールバー構造における走査ゲート顕微鏡観察を行うことをめざし、試料作製を開始した。電子線リソグラフィによりパターンを作製し、酸素プラズマエッチングを行ったところ、電子線レジスト（PMMA）がプラズマ照射後に変質し、試料表面に残ってしまうといった現象が確認された。このようなレジストの残渣は、その後のAFM観察において障害となる可能性がありことから、PMMAの代わりに金属（Au）を蒸着し、そのパターンを用いてドライエッチングを行う方法へと切り替え、試料作製を行っている。
また、昨年度より自然の葉か合成したグラフェン量子ドットに対して、磁気力顕微鏡による磁気ドメイン形成を観察する研究を開始した。量子ドット単体では強磁性応答は観測されないといわれているが、集合体を形成することで、強磁性的な応答が観測されている。これについては、国際会議および応用物理学会にて発表を行った。
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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
窒化ホウ素（BN）によって実現される高移動度グラフェン（Gr）におけるバリスティック伝導領域での電子波ダイナミクスに関する研究を行うことを目的としている。その中で予定している研究目標および意義は、①BN/Gr/BN構造の作製による高移動度性を実現し，１μm以上の平均自由行程を確保（目標値：低温で500,000 cm2/Vs以上）。②電子線露光プロセスにより，量子ポイントコンタクトや開放系量子ドットといった，系の大きさが平均自由行程よりも小さなメゾスコピック構造（１μm以下の構造）を作製。③走査ゲート顕微法（SGM）を用いた局所ゲート変調によりディラック電子波の伝播の様子を観測。④結合量子ドットネットワーク等を利用したスイッチングデバイスや量子演算素子を見据え，次世代の電子波デバイスへの応用を目指す。といったものである。①に関しては、研究室として技術の確立ができている状況である。また、②～④としては要素技術はできているので、本年度はそれらを組み合わせて研究を遂行していく予定でいる。したがって、当研究の進捗状況としては、おおむね順調に進展しているといえると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度はグラフェンの高移動度化を目指して研究を進めた。ドライプロセスによるBNのマニピュレーション技術を習得し、それを用いたBN/Gr/BN構造の作製を行った。その中で、とくにＣＶＤグラフェンにおいてはドメイン境界における散乱が伝導にどのように寄与しているかについての定量的な評価が大変重要であることから、次年度はＣＶＤグラフェンを数ミクロンサイズに加工したホールバー構造における走査ゲート顕微鏡観察を行うことを予定している。AFM探針を局所ゲート電極として使用し，局所電場変調によりディラック電子波の伝播の様子を観測していく。これにより，ドメイン境界においてどの程度の電圧降下が生じていて，さらに実際にどの程度のポテンシャルバリアを有しているのかを明らかにしたいと考えている。また，残された期間において，期待する量子構造の一つとして挙げている開放系量子ドットにおける電子波分布の様子をSGM観察し，結合量子ドットネットワークに拡張した研究を進め，スイッチングデバイスや量子演算素子を見据え，次世代の電子波デバイスへの応用をめざす。これらの研究成果を発表するため，外国開催の国際会議発表を１件，台湾での共同研究討議１件，および日本物理学会等での講演を予定している。
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Research Products
(13 results)
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[Journal Article] Conductance fluctuations in high mobility monolayer graphene: Nonergodicity, lack of determinism and chaotic behavior2016
Author(s)
C. R. da Cunha, M. Mineharu, M. Matsunaga, N. Matsumoto, C. Chuang, Y. Ochiai, G.-H. Kim, K. Watanabe, T. Taniguchi, D. K. Ferry, and N. Aoki
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 6
Pages: 33118-1-8
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] Fabrication of e-beam-resist-free quasi-ballistic h-BN/graphene/h-BN electronic devices2016
Author(s)
Chiashain Chuang, Masaaki Mineharu, Naoki Matsumoto, Masahiro Matsunaga, Yuichi Ochiai, Gil-Ho Kim, Chi-Te Liang, Randolph E. Elmquist, Nobuyuki Aoki
Organizer
19th International Conference on Superlattices, Nanostructures and Nanodevices
Place of Presentation
Hong Kong, China
Year and Date
2016-07-26 – 2016-07-31
Int'l Joint Research
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