Raman Spectroscopy of atomic layer materials

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15K17437
• Research Institution: Sendai National College of Technology
• Principal Investigator: 佐藤 健太郎 仙台高等専門学校, 総合工学科, 准教授 (90583550)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: グラフェン / 原子層物質 / 共鳴ラマン分光

Outline of Annual Research Achievements

原子層物質は原子1個分の厚さの膜からなり、膜の数、種類、重ね方などの積層構造に物性が依存するため、これまでの物質にはない性質の発現や物性の制御法の発見が期待されている。炭素原子からなる原子層物質のグラフェンにおいて、2枚のグラフェンを膜面に垂直な軸に対して角度θだけ回転して重ねた2層グラフェン（TBG）はθに依存して物性が変化することが知られている。グラフェンを始めとする原子層物質の物性と積層構造の関係の解明は重要であり、また原子層物質の積層構造を判別する手法の研究も必要とされている。共鳴ラマン分光はグラフェンの物性研究に広く使われている光学測定法であり、他の原子層物質においてもラマンスペクトルの解析から原子層物質の積層構造と物性に関する知見を得られると期待される。
本研究では、共同研究者による実験と佐藤による数値計算からTBGのラマンスペクトルのGバンド強度の増強が起こる励起光エネルギーと層間隔の関係を明らかにした。TBGの層間距離が狭まるにつれてGバンド強度の増強が起こる励起光エネルギーが増加し、その後に減少するという数値計算の結果は共同研究者による実験結果の傾向を説明している。また、TBGのGバンドについて共同研究者による実験と佐藤による数値計算との比較からGバンド強度の増強についての解析を詳細におこない、TBGのモアレパターンとの関連およびラマン散乱過程における光励起キャリアの寿命を解析し、θが10度から15度では顕著な角度依存がないことを示した。さらにTBGにおけるラマン散乱過程、ラマンピーク強度とラマンシフトおよび積層構造と励起光エネルギーとの関係、数値計算プログラム群の開発についての研究を推進した。本研究で得られた知見は原子層物質の基礎研究や将来の光学デバイス開発などへの応用が期待される。