2022 Fiscal Year Research-status Report
Verification of ferromagnetism in Li-intercalated graphene
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21K14533
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
一ノ倉 聖 東京工業大学, 理学院, 助教 (00792566)
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2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | グラフェン / 強磁性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究ではLi侵入グラフェンでのフラットバンド由来の強磁性の検証を目指している。強磁性を発現させるにはフラットバンドの近傍でフェルミ面を精密に制御する必要がある。昨年度、Li侵入グラフェンの層数を増加させると、それに伴いフラットバンド近傍でフェルミ面が徐々にシフトしていくことを見出し、強磁性が発現する条件を探索する上で層数の自由度もあるということが明らかになった。本年度はこの内容を論文として投稿し、PHYSICAL REVIEW B誌に受理された。さらにこの系で実際に強磁性が発現するのか検証するために磁化検出手法の開発を進めた。この物質は大気中で不安定であるため、超高真空中で測定を行う必要がある。一つ目の方法として4点プローブ法を用いた磁場中電気伝導測定による異常ホール効果測定がある。ホール効果測定自体が初の試みであったため、まずは、Li侵入グラフェンのような多数キャリア系の通常ホール成分を検出できるか、テストを行った。その結果、10^21/cm^3のキャリア密度があっても十分な精度でホール効果を検出できることが分かった。さらに、異常ホール成分がある場合にはゼロ磁場付近で発生するヒステリシスを精度よく測定する必要があるため、ホール効果の磁場依存性を自動測定するプログラムの開発を進めている。これらの装置開発と並行して、Li侵入グラフェン以上のスピン偏極率が期待される、Mn侵入グラフェンの合成を試みた。その結果、Mnの侵入を示唆する結果を電子回折実験で得ることができた。次年度は異常ホール効果測定系を完成させ、Li及びMn侵入グラフェンが強磁性を示すのか検証を行う予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
Li侵入グラフェンのフラットバンドのエネルギーが層数によって制御できることがわかった。これは当初の計画での期待を超える成果である。また、装置開発と並行して他元素が侵入したグラフェンの合成を試みた結果、Mnを侵入させられることがわかった。Mnはd軌道を価電子とする遷移元素であるため、磁性発現への期待がかかる。従って、研究は当初の計画以上に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は異常ホール効果測定系を完成させ、Li及びMn侵入グラフェンが強磁性を示すのか検証を行う。4点プローブに加え、試料基板端の固定用電極を電流導入端子として利用できるように改良し、計６端子とする。さらに磁場依存性を高精度で測定するため、磁場の制御と電流-電圧測定を全自動で行うプログラムを開発する。これらを用いて、Li及びMn侵入グラフェンのホール係数の磁場依存性を測定する。強磁性が発現すれば、磁場掃引に対してヒステリシスが生じるはずである。
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| Causes of Carryover |
異常ホール効果測定を交流法で行うため、ロックインアンプを計上していた。しかし、予備測定として通常ホール効果を測定したところ、非常に小さな電圧まで直流法で測定できることがわかったため、ロックインアンプの購入を見合わせ、その分が次年度使用額に回った。この金額は、新たに合成に成功したMn侵入グラフェンの特性を明らかとするための試料原料費、出張実験旅費等に宛てる。
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[Presentation] Van Hove Singularity in Thickness Controlled Li-Intercalated Graphene2022
Author(s)
S. Ichinokura, M. Toyoda, M. Hashizume, K. Horii, S. Kusaka, S. Ideta, K. Tanaka, R. Shimizu, T. Hitosugi, S. Saito, T. Hirahara
Organizer
IVC-22
Int'l Joint Research
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