2020 Fiscal Year Research-status Report
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19K14655
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
田縁 俊光 東京大学, 物性研究所, 助教 (10771090)
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2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 擬量子極限 / 電気抵抗振動現象 / 強磁場 / グラファイト / 薄膜 / ファンデルワール積層 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
グラファイトの擬量子極限(10-30 T)において磁場に周期的な電気伝導率の振動が2017年に発見され、注目されている。その振幅が量子化抵抗程度であることから量子現象由来である可能性が指摘されている。その起源として結晶に積層欠陥による超格子が形成され、そのポテンシャル変調によって干渉効果が起こっている可能性が提唱されているが、直接的証拠はない。本研究ではその起源解明を行うことを目的とする。
2年目である令和2年度は過去に米国国立強磁場研究所において測定した３４ Tまでの薄膜グラファイトの磁気抵抗効果の詳細な解析を行い、さらに同一試料を使って超伝導磁石13 Tまでの再現実験を行った。後者は希釈冷凍機を立ち上げ、100 mK程度での極低温での微細な構造の有無を調べた。希釈冷凍機は最低温70 mK程度を達成した。（但し磁場掃印中は100-150 mK程度。）結果として、新たな構造は発見されなかったが、超伝導磁石を使った測定結果は水冷磁石の結果を再現し、環境の違いに依らない本質的な結果であることが確かめられた。前者の米国での測定の解析の結果、振動の周期と膜厚の間に明瞭な関係が見られないことや、周期がいずれの試料もおよそ1-4 Tの範囲に入っていることが分かった。また、端子間距離といった外因的な長さスケールにも依存していなかった。また、30 T程度で起こる半金属絶縁体転移との関係についても解析し、振動現象における温度依存性やゲート電圧依存性は30 T転移のそれと対照的であることから転移の前駆現象ではないと結論した。積層欠陥によるAharanov-Bohm効果の可能性に関して、捩れ角の定量性を解析することでその可能性は小さいことを議論した。
一方、本振動現象の由来として積層方向に沿った定在波によってもたらされる可能性を提唱し、日本物理学会で口頭発表した。
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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
人工的に捻れ角を導入した試料を作製するには至らなかったが、米国国立強磁場研究所で測定した結果の詳細な解析を通して新たに研究課題の振動現象発現機構を提唱することが出来た。以前に先行研究で提唱された機構は積層欠陥によるものであるが、定量的な見積もりから非常に狭い範囲の捩れ角のみが導入されている状況でなければならないと結論され、その可能性は小さいと結論した。より確実な証拠を得るため、当初の計画通り人工的に捩れ角を導入した試料の作製を次年度で進めていく。また、極低温で振動現象の微細な構造が現れるかを検証するために希釈冷凍機の立ち上げを行い、実際に測定することが出来た。結果として新たな構造の発見には至らなかったが、次年度以降も捩れ角を導入した試料作製後にその試料において詳細な測定を行う準備を整えることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度提唱した振動効果の発現機構と過去に先行研究で提唱された機構の両方を検証する方法として、当初の計画であった人工的に捩れ角を導入した試料作成は有効である。したがって、その試料作製方法を開発する。初年度で薄膜グラファイトを絶縁体の薄膜hBNでサンドウィッチした構造を作製することに成功している。基本的にはこの方法を踏襲して捩れ角を導入することが可能であるが、数十ナノメートルの薄膜をポリマーを使ってハンドリングする技術が十分に確立しておらず、成功確率が低いためポリマーの選べ方やポリマーの温度制御といったパラメータの選別を実験的に行う必要がある。既にポリマーの選択肢として過去の文献から複数の可能性があることが分かっているため、それらのポリマーを薄膜制御用に加工し、薄膜制御を実際に試していく予定である。
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| Causes of Carryover |
先に解析と理論提唱を行ったため、薄膜作製の技術開発に必要と見込んでいた経費を次年度に先送りした。具体的には今年度の測定を全て前年度までに作製した試料を使って行ったため、また測定手法に希釈冷凍機の部分を除いて新たな手法を取り入れなかったため、今年度は物品購入を行わず、次年度に使用する計画に変更した。これとは別に、参加した学会がオンライン開催となり、旅費を計上する必要がなくなった。
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