2014 Fiscal Year Research-status Report

グラフェンの格子－磁気相互作用解明のための極低温高効率ラマン散乱分光測定

Research Project

Project/Area Number	25610078
Research Institution	National Institute for Materials Science
Principal Investigator	三井正独立行政法人物質・材料研究機構, 表界面構造・物性ユニット, 主任研究員 (90343863)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	高増正独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, 研究員 (60212015) [Withdrawn]
Project Period (FY)	2013-04-01 – 2016-03-31
Keywords	グラフェン / ラマン散乱 / 強磁場 / 極低温
Outline of Annual Research Achievements	本研究の目的は、グラフェンやカーボンナノチューブ等の新炭素系材料、シリコンに代表される半導体エピタキシャル膜等の２次元電子系材料の電子状態や光学特性を、強磁場・極低温の多重極限状態において精密に測定することである。具体的には、当機構が所有する大型強磁場マグネット内部で、30 T、4.2 Kの環境下で動作する高効率集光装置を開発し、グラフェン材料の格子－電子相互作用や欠陥、シリコン等の２次元電子系に格子の歪が与える影響などを系統的に研究することである。平成26年度に、平成25年度に得られた強磁場マグネット用プローブによる単層グラフェン試料のラマン散乱測定の結果について論文を投稿し、出版された（Review of Scientific Instruments, Vol.85, art.113111 (2014)）。さらに平成26年度は、この高効率顕微ラマン散乱測定装置を、グラフェン以外の材料、具体的には半導体エピタキシャル膜等の２次元電子系半導体材料の研究に用いるために装置の改良を行った。単層グラフェン試料からのラマン散乱スペクトルの測定に成功したカギは、装置先端部に超小型のレーザーラインフィルタを組み込んだことにある。しかしながら、平成25年度に成功した時は、測定装置のわずかな隙間に、手作業で組み込んだものであり、レーザー波長変更時のフィルタの交換を研究者の技術に頼る構造のままであった。半導体材料の中には、標準で使用している波長532nmの励起光では蛍光が発生してしまい、ラマン散乱光の測定の妨げになる場合がある。そこで本年度、組み込みレーザーラインフィルタを容易に交換することができるように、装置の本体ブロックを新たに製作した。研究開始の時点で、このようなことが起こることを想定して、装置全体をブロック構造としてあったため、他の部品はそのまま使用することができた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 平成26年11月に、強磁場マグネット用プローブによる単層グラフェン試料のラマン散乱測定の結果についての論文が出版された（Review of Scientific Instruments, Vol.85, art.113111 (2014)）。装置開発としての目標は、研究開始時の計画よりも前倒しで達成されたといえる。平成26年度は当初、2014年11月に米国ボストンで行われた国際材料学会(Materials Research Society)での成果発表と、海外研究者との情報交換も行う予定であったが、論文の査読と修正に時間がかかったため、2014年6月の申し込みの締め切りに間に合わず、学会発表には至らなかった。2015年11月の国際材料学会は、参加する予定である。
Strategy for Future Research Activity	平成27年度は、本研究で開発した装置を用いて、シリコンや砒化ガリウム等の半導体エピタキシャル膜（2次元）、量子ドット（0次元）等の、グラフェン以外の材料の研究に挑戦する。これまで標準で用いていたNd:YAG-SHGレーザーの波長532nmの励起光では、試料から蛍光が発生し、ラマン散乱光の測定の妨げになる場合があるので、より長波長のHe-Neレーザー（波長633nm）や半導体レーザー（波長780nm）を用いて実験を行う予定である。レーザーは既に保有しているので、組み込みレーザーラインフィルタを、各種部品として予算に計上する。外国旅費の用途としては、2015年11月に米国ボストンで行われる国際材料学会(Materials Research Society)での成果発表と、海外研究者との情報交換を計画している。同時に、Proceedingsが出版される場合は、その出版費用（投稿料、別刷代）として使用する。
Causes of Carryover	次年度使用額が生じた理由は、2014年11月の国際材料学会への出席を取りやめたためである。本年度行う予定だった実験装置の開発をさらに前倒しして、新規本体ブロック製作費用に充当したが、使い切るほどではなかった。
Expenditure Plan for Carryover Budget	2015年11月に米国ボストンで行われる国際材料学会に出席するための外国旅費の一部として充当する。