| 研究領域 | 原子層科学 |
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| 研究課題/領域番号 |
25107003
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
長田 俊人 東京大学, 物性研究所, 准教授 (00192526)
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| 研究分担者 |
山本 倫久 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00376493)
町田 友樹 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (00376633)
八木 隆多 広島大学, 先端物質科学研究科, 准教授 (60251401)
菅原 克明 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 助教 (70547306)
劉 崢 独立行政法人産業技術総合研究所, ナノチューブ応用研究センター, 研究員 (80333904)
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| 研究期間 (年度) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| キーワード | ナノ材料 / 物性実験 / メゾスコピック系 / グラフェン / ディラック電子 / 原子層物質 / トポロジカル物性 |
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| 研究概要 |
初年度は各メンバー毎に今後の基礎となる技術・手法の開発（原子層転写技術、高スピン分解能ARPESなど）を行うと共に、以下のような研究成果を得た。
（長田）量子ホール状態にある単層グラフェンと2層グラフェンの接合境界でのエッジ伝導から、量子ホール相境界におけるバルク・エッジ対応を異種物質間で初めて確認した。（町田）量子ホール状態にあるグラフェン/h-BNにおいて、サイクロトロン吸収に起因する光起電力効果を観測した。実用的な低温域において超高感度中赤外光検出器を実現できる可能性を示した。（山本）グラフェン−超伝導接合において超伝導体中のクーパー対を空間的に分離することを目的として、試料の設計及び作製を行った。また、バレーの自由度を利用したクーパー対分離を提案し、電流の注入によってバレーの流れを生成するバレーホール効果を観測した。（八木）多層グラフェンの電子構造と、表面修飾したグラフェンの電子構造の特殊性を示すために、高品質なグラフェン素子の作製技術を開発した。（劉）グラフェンを使ったデバイスの作製に必要となる原子配列を決定する手法を開発し、グラフェンのマクロ物性と原子構造の関連付けを行う。単原子空孔、二原子空孔、５員環、７員環、添加原子（ケイ素、窒素）などの格子欠陥の検出・同定する。（菅原）高分解能スピン分解光電子分光装置の建設を行い、原子層物質グラフェン関連物質の特異電子状態(エッジ局在状態等)の起源解明を行う。（遠藤）微傾斜SiC基板上に成長したエピタクシャル・グラフェンでは量子ホール効果が異方的に出現することを見出し、これがSiC基板の平行伝導の 異方性から理解出来ることを明らかにした。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
下記のようにメンバー毎に若干の進捗状況の違いはあるが、総じて概ね順調に進展していると判断できる。
（長田）概ね順調：単層/2層グラフェン系の量子ホール伝導の研究と並行して、h-BN基板上グラフェン等の原子層転写技術の習得を行った。（町田）計画以上：グラフェン/h-BNにおいて光起電力効果を観測するのみならず、新規磁気抵抗振動現象を観測することに成功した。（山本）計画以上：比較的単純な方法により、予想より早くバレーホール効果が観測された。これにより、バレーの自由度をスピンの自由度のように利用するバレートロニクスの先駆けとなり得る成果を得た。（八木）概ね順調：計画を達成するには高品質なグラフェン素子の作製が必須であって、これを作製する技術を開発することが、研究遂行のための大きなステップである。これまで移動度が数千cm2/Vsであったものを１０万cm2/Vs近くまで向上させられた。（劉）概ね順調：回転角が異なる二層グラフェンの原子構造の解析、単層グラフェン表面上のSi, N単原子の特定とエッジの電子状態、などを論文発表済み。（菅原）概ね順調：本年度は、高感度スピン検出器用ターゲット薄膜作製装置を製作し、現有ARPES装置に組み合わせ、調整改良を進めた。今後、スピン分解時において高エネルギー分解能が達成するように改良を進める。（遠藤）やや遅れ：主力測定装置である、希釈冷凍機/15T超伝導マグネットシステムの故障で長期にわたり実験が停止していたため。
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| 今後の研究の推進方策 |
初年度の結果を踏まえて以下のような推進方策に基づき研究を推進する。また次年度には重点的に設備導入を図る計画である。
（長田）原子層転写技術を用いた積層型試料の作製と伝導物性の研究を始めると共に、強相関電子系などの新原子層物質の開拓を進める。（町田）グラフェンに加え、MoS2などの原子層を利用して、複合原子層構造の物理と素子応用を目指す。（山本）クーパー対の分離方法として量子ドットを用いる方法とバレーの自由度を用いる方法を並行して進めているが、バレートロニクスの研究展望が予想以上に良いので、今後はそちらにも注力する予定である。（八木）開発した技術を用いて、高品質な多層グラフェンについての低温磁気抵抗を測定し、層数、スタッキングなどと電子構造の関係を明らかにする。さらに移動度を向上させるために、グラファイトやBN結晶を厳選する。（劉）現時点で問題点はない。異なる欠陥構造の解析に加え、加熱その場観察など物性につながる原子構造・電子状態の解析へと展開する予定である。（菅原）導入したスピン検出器は、外部光電効果で放出した光電子を低加速(数eV)で加速するため、外部磁場の影響を強く受ける。今後は、光電子が通る真空槽をμメタルシールドなどで磁場遮蔽を行うことで調整を行う予定である。（遠藤）希釈冷凍機/15 T超伝導マグネットシステムは測定可能な状態に回復している。合成班からの試料供給も期待でき、本年度は十分な研究が推進できると考えている。
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