2022 Fiscal Year Research-status Report
Clarification of Dirac electron properties on the 3D curved graphene
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22K04867
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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) |
伊藤 良一 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (90700170)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | グラフェン / 3次元構造体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、3次元名の多孔質グラフェン(3Dグラフェン)のディラック中性点近傍の低温電気伝導物性を明らかにすることを目的として、3Dグラフェン電気重層ゲルトランジスタの作製を低温電気伝導物性の測定を行った。デバイス作成条件を最適化した結果、ゲート電圧を印加した状態で、サーマルサイクルに対して安定に動作する3Dグラフェン電気２重層トランジスタを作製可能になった。この結果をもとに、曲率半径が50-150nmの3Dグラフェンと窒素を部分置換した3D-Nグラフェントランジスタを作製し、各ゲート電圧における2Kから200Kの領域の電気伝導の測定を実施した。3Dグラフェントランジスタの測定からは、特にディラック中性点領域で、その他の領域とは異なる電気伝導度の温度依存性と磁場依存性を観測した。3D-Nグラフェントランジスタの測定からは、非周期曲面への窒素部分置換において期待される不均一なドーピングと高濃度置換領域における曲面の変形に由来したアーバックテール状態の形成により、グラフェンの金属的なチャネルと局在準位が共存した特異な電子状態が実現することが明らかになった。この電子状態は、触媒反応に使用できる局在した電子が大面積の3Dグラフェン上に広く分布しており、これらの領域に、金属的な伝導チャネルを介して継続的に電子を供給できることから、大面積の3Dグラフェン表面を舞台とした触媒電極・触媒担体の開発に非常に有利な電子状態が実現していることが明らかになった。
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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
本研究では、3Dグラフェントランジスタの低温電気伝導測定を行うことから、サーマルサイクルに対して安定に動作するデバイスの創出が計画実現のカギとなる。本年度デバイス構造の最適化を行った結果、これを達成することができ、実際に、3Dグラフェンと3D-Nグラフェントランジスタの低温電気伝導測定から、グラフェン曲面由来の新奇な電子状態に由来するユニークな電気伝導物性を観測することができた。したがって、次年度以降の計画を遂行することで研究目的を達成可能である。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の計画通り、本年度の測定を、25-50nm,500-1000nmの曲率半径の異なる２種類の試料に拡張する。さらに、グローブボックス用のガス循環精製装置を導入して、3Dグラフェントランジスタの曲げ・ひずみ特性を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
減額交付と円安による価格高騰により、トランジスタの室温特性評価に使用するグローブボックス用ガス循環精製装置を購入に充てるため繰り越した。本年度、これを購入して実験に使用する予定である。
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