| 研究課題/領域番号 |
21K14533
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分29020:薄膜および表面界面物性関連
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
一ノ倉 聖 東京工業大学, 理学院, 助教 (00792566)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2023年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2022年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | グラフェン / インターカレーション / 層間化合物 / フラットバンド / 炭化ケイ素 / 異常ホール効果 / 強磁性 / ワイドギャップ半導体 / リチウム / Liイオン / 磁性 / ２次元層状物質 / 磁性半導体 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
２次元物質の代表格であるグラフェンは非常に高い電荷移動度を持つだけでなく、スピン偏極も長距離に渡り伝搬させることが可能である。そのため、スピン偏極電子状態を持つ他の２次元物質と積層することで、省エネルギーなスピントロニクスデバイスを実現できると考えられている。研究代表者らは、層間にLiが侵入するとグラフェンそのものにスピン偏極が生じる可能性を見出した。すると、グラフェンのみで上記のスピントロニクスデバイスを作成し得る。そこで、本研究ではスピン分解光電子分光や異常ホール効果測定により、Liが侵入したグラフェンに強磁性が発現していることを実験的に検証する。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、グラフェン層間化合物の合成による２次元強磁性体の創出を目的としている。アルカリ金属やアルカリ土塁金属が侵入したグラフェンにおいてはフラットバンド機構による強磁性が期待される。そのため、様々な元素の添加によるフラットバンドの生成とそれによる強磁性発現の検証を進めた。
昨年度までで、リチウム層間化合物におけるフラットバンドの観測と制御に成功していた。本年度はカルシウム層間化合物の研究を行った。２層グラフェン層間化合物において、過剰なカルシウムがグラフェンと炭化ケイ素の界面に金属層を形成し、それがグラフェンの電子軌道と混成することでフラットバンドを生み出すことが明らかになった。
ここまでで発見したフラットバンド物質について、強磁性発現に伴うスピン分裂を検証するために高分解能光電子分光を行ったが、スピン分裂は観測されなかった。フラットバンド強磁性を実現するには電界効果等を用いてフラットバンド近傍での電子密度制御を細かく行う必要があるとわかった。
一方、強磁性を検出するための異常ホール効果測定系の開発は完了した。この機構の動作テストを兼ねて磁性トポロジカル絶縁体の測定を行い、強磁性発現に伴う異常ホール効果の測定に成功した。
研究期間全体を総括した成果を述べる。リチウムとカルシウムの層間化合物においてフラットバンドの生成とエネルギー制御に成功し、それぞれ論文発表を行った。その強磁性を検出するために異常ホール効果の測定系を完成させた。
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