| 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 / 炭化ケイ素 / フラットバンド / ファン・ホーブ特異性 / 層間化合物 / 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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| 研究成果の概要 |
本研究ではスピントロニクスへの応用を目指し、グラフェンを元にした層間化合物の合成による２次元強磁性体の生成を目指した。特に、一般に磁性材料に用いられる遷移金属由来の強磁性ではなく、グラフェンに特徴的なフラットバンド占有による強相関効果由来の強磁性発現に着目した。電子供与性元素であるリチウムやカルシウムとの層間化合物合成により、グラフェンのフラットバンドを占有できることを明らかにした。グラフェンの層数や、基板として用いている炭化ケイ素表面の構造によってフラットバンドを制御できることを示した。また、２次元強磁性の検出に有用な、超高真空中で動作する異常ホール効果測定装置の開発に成功した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究により、グラフェン層間化合物におけるフラットバンド占有に関して新しい学術的知見を得た。層間の元素種、侵入密度、そしてグラフェンの層数という３つの軸によってフラットバンドの制御が可能である。グラフェン層間への元素挿入は、電気化学的手法により可逆的に行うことが可能である。よって、将来的にはグラフェンにおける磁性の電気的制御の実現が期待される。これは、スピントロニクスのさらなる省電力化に貢献し、現在爆発的に増大している情報処理にかかる電力の削減が期待される。
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