Elucidation of novel oscillations of graphite in the quantum limit

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K14655
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Taen Toshihiro 東京大学, 物性研究所, 助教 (10771090)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• 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 / ファンデルワールス積層

Outline of Final Research Achievements

Periodic electrical-conductance oscillations of graphite in quasi-quantum limit was found in 2017, which attract a noticeable attention. The in-plane potential modulation was proposed as a possible mechanism, which is induced by the stacking fault of the crystal, while it is not evident that the mechanism is truly realized. We independently discovered and reported the same phenomenon in thin-film FET device. In this study, by using the similar samples, we proposed that the standing wave along the stacking direction is a plausible mechanism of this phenomenon. In order to distinguish these two mechanisms, we prepared samples with artificial stacking fault. The experimental results in these samples are consistent with the staking fault mechanism.

Free Research Field

固体物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で提唱した定在波メカニズムは、量子極限で発現する電気抵抗振動現象がこれまで知られていた量子的な振動のいずれとも異なる現象である可能性を示唆した。まず、磁場に対して周期的であることから、磁場の逆数に対して周期的なシュブニコフドハース振動と呼ばれる量子振動とは明確に異なる。一方、磁場に対して周期的な振動であるアハラノフボーム効果(AB効果)とは異なり、高磁場でのみ発現する。量子極限における薄膜であるがゆえに磁場方向に沿った定在波が発生し、その有効膜厚に対応する波長の定在波発生条件が磁場に周期的であることに由来する。本研究によって、薄膜における量子極限特有の現象を明らかにすることに成功した。