2021 Fiscal Year Annual Research Report
グラフェン3次元ナノ構造体の電子状態の解明と物性制御
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19K05195
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| Research Institution | Okayama University of Science |
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Principal Investigator |
田邉 洋一 岡山理科大学, 理学部, 准教授 (80574649)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
今井 良宗 東北大学, 理学研究科, 准教授 (30435599)
伊藤 良一 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (90700170)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | グラフェン / 3次元構造体 / 電気伝導 / PN接合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
グラフェンを３次元的な曲面構造を用いて立体的に集積化した3Dグラフェンと呼ばれる物質は、射影底面積を用いた比較において、平面状のグラフェンの約1000倍程度の広大な表面積を持つことから、グラフェンが持つ単位面積当たりの優れた特性を増幅し実用材料として幅広く使用されるための架け橋となることが期待される物質である。本研究では、3Dグラフェンの総表面積に直結する曲率に依存した電子状態の解明し、局所キャリア制御手法の開発を通して、これを機能化することを目的とした。
1.曲率に依存した3Dグラフェンの電子物性の解明：本研究では、曲率半径が25-50nm, 50-150nm, 500-1000nmの３種類の試料を用いて曲率半径に依存した電子物性を研究した。グラフェンを３次元的に曲げることで、５員環や７員環といったトポロジカル欠陥の増大と伸縮の効果が顕著に表れることが期待される。３種類の試料で、グラフェンの電子状態の特徴であるエネルギーに対して線形な状態密度や両極性の電気伝導が観測される一方で、弱局在・弱反局在に着目した研究から、曲率半径の低下とともに、上記原因に起因した電子散乱効果が系統的に増大することを明らかにした。
2.局所キャリア制御手法の開発：3Dグラフェンの広大な表面積は、光吸収率の増大を利用した巨大応答の実現につながる。本研究では、ドナー性の分子として知られるTTF分子をイオン液体に溶解させた電解質溶液を利用して電気２重層トランジスタを作製し、イオンのチャネルへの吸着の制御を利用してPN接合の作製を目的として研究を行った。ゲート電圧の掃引に対して、TTF分子が吸着することで、キャリア濃度が固定される領域が存在することを観測し、これに基づいて、ソース電圧を制御することで、PN接合が作製できることを実験的に明らかにした。
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