2017 Fiscal Year Research-status Report
Characterization of electronic structure of strained graphene by using strain field STM
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17K04985
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
鷺坂 恵介 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 先端材料解析研究拠点, 主幹研究員 (70421401)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 走査型トンネル顕微鏡 / グラフェン / 応力歪み / 電子状態 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
材料に歪みを導入すると、その物質に固有な格子定数の変化が引き金となり、電子状態、バンド構造、材料強度など様々な物性に変化が生じる。本研究ではグラフェンに歪みを印加し、その電子状態を制御する手法の開発を行う。電子状態の検出には走査型トンネル顕微鏡(STM)を用いる。グラフェンが設置された基板を機械的に変形することにより、引っ張りまたは圧縮応力を発生させる機構をSTMヘッドに組み込む。本年度は、これまで開発を行ってきた、低温STM用応力印加機構内蔵型試料ホルダーの動作試験を行った。応力印加を試みる試料には、マイカ基板上に蒸着法で作製されたAu(111)単結晶薄膜とPET上に転写された単層グラフェンを用いた。室温でマイカ基板の裏面から圧子を押し当てることにより基板変形を行い、Au(111)表面に引っ張り応力を印加すると、<110>方向に沿ったステップで囲まれた数nm～数十nm程度の寸法をもつテラス形状へと表面の再構成が起こった。このような顕著なテラス形状の変化は、応力印加によって表面原子の拡散が起こったと解釈しないと説明ができない。一方、同実験を液体窒素温度(77K)で試みるとテラス形状の大きな変化を伴う再構成は起こらず、<110>方向に沿ったステップが多数出現した。低温では原子の拡散が抑制され、応力印加によってすべり変形だけが起こり多くのステップが出現したと考えられる。これらの観察結果は、室温と低温の両方において、試料に引っ張り応力印加が実現されていることを示しており、製作した応力印加機構が正常に動作していることを確認できた。また、PET上のグラフェンにおいても、応力印加前後で原子分解能STM観察に成功した。
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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
STM用の応力印加機構の動作試験を行い種々の薄膜材料に歪み印加を行いながらSTM計測できる実験環境が整ったことが確認できた。また、同機構を使用して、グラフェンの原子分解能STM像の取得に成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1)Au(111)表面に弾性変形領域を超えた引っ張り応力印加を行うと、原子拡散を伴いテラス形状の再構成が起こるという興味深いデータが得られた。応力印加と表面再構成の関係を詳細に調べ、さらにグラフェンが載ったAu(111)表面の場合の実験方法を検討していく。
(2)PET上のグラフェンおよび銅フォイル上のグラフェンについて、応力印加を行いながら、形状や電子状態に変化を探る。
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