| 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), 講師 (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 / ディラック電子 / 原子層物質 / トポロジカル物性 |
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| 研究実績の概要 |
平成26年度はA02班は研究費の重点配分を受け、大型装置の導入などの研究環境の整備を行った。またこれらを用いた本格的研究を開始して以下の成果を得た。
（長田）新規原子層物質を開拓するため、原子層半導体フォスフォレンの電子構造をLCAO法で議論し、伝導特性におけるエッジ状態の重要性を指摘した。また強相関モット絶縁体原子層膜へのキャリア注入に成功した。（町田）グラフェンおよび遷移金属ダイカルコゲナイドの接合を作製し、電界効果形トランジスタとして電流のゲート電圧によるON/OFF制御を実現した。（山本）超伝導体と２つのグラフェン量子ドットの接合系においてドットの帯電エネルギーを利用して超伝導体中のクーパー対を別々の量子ドットへと分離することに成功した（分離効率：60%強）。またバレーホール効果についても詳細な解析を行った。（八木）h-BN上の高品質グラフェン作製技術を確立した。多細孔構造をもつ高品質グラフェンで、電子のカオス運動および規則運動が磁場によって制御される様子を明確にとらえた。また3,5,7,9層の多層グラフェンの電子構造を実験により決定した。（劉）単原子層膜、特にナノリボンのエッジ構造は物理的特性に大きく影響する。高分解能電子顕微鏡を用いて、グラフェン、h-BN等の単原子層膜のエッジ構造とその熱処理によるエッジ構造変化を原子レベルで解析した。（菅原）高分解能スピン分解光電子分光装置の建設・改良による世界最高のエネルギー分解能を目指し、スピン偏極電子状態の直接観測から原子層物質やグラフェン関連物質の特異物性の起源解明を行った。（遠藤）微傾斜SiC基板上に成長させたエピタクシャルグラフェンの磁気抵抗測定を行った。ほぼ周期的に配列した基板ステップがつくる超格子により生成される「開いた軌道」の幾何学共鳴による磁気抵抗振動を観測した。
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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）やや遅れ：新規原子層物質フォスフォレンについての理論的研究は成果を上げたが、これを実践する実験的研究が、予期せぬ試料の吸湿性の問題により計画より遅れている。このためグラフェン単層/2層接合の実験にも影響が出ている。（町田）計画以上：原子層積層技術の完成により、計画になかった実験を幅広く開始することができた。（山本）計画以上：予定よりも早くクーパー対分離に成功し、またバレーホール効果という新しいテーマに取り込んで成果を挙げることができた。（八木）やや遅れ：高品質グラフェン作製技術の確立に時間を要したが、いくつかのテーマは発表段階にきており大きな遅れではない。（劉）概ね順調：計画通り研究が進展して、単原子層膜のエッジ構造を原子レベルで解明し、また電子顕微鏡内での熱処理実験によりグラフェン面内成長メカニズムを解明できた。（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用いて高品質高寿命強磁性Fe薄膜を製作し、スピン分解光電子分光装置の調整・改良を進めることで、スピン分解時のエネルギー分解能6meVを達成した。（遠藤）やや遅れ：磁気抵抗測定に用いる希釈冷凍機の冷媒であるヘリウム混合ガスが故障で漏出してしまい、稀少なヘリウム3ガスを補充できるまで低温実験の中断期間が続いたために実験が遅れた。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成26年度に研究環境の整備を終えたので、今後は本格的な実験的研究に移行する。
（長田）グラフェン単層/2層接合系の実験を進めるともに、超伝導体、半導体、強相関絶縁体など幅広い原子層物質の開拓を進める。（町田）グラフェンの量子輸送現象の研究を推進する。様々な二次元結晶材料の活用を試みる。（山本）クーパー対の分離効率を高めるための試料構造の改良を行う。バレーホール効果を利用したクーパー対分離のために、ジグザグエッジの形成に取り組む。（八木）前年の成果をまとめると共に、未観測の4層以上の偶数層およびABCスタッキングを含む多層グラフェンの電子構造を明らかにする。また構造修飾したグラフェンの量子輸送現象を調べる。（劉）グラフェンのバンドキャップ制御の方法の1つとして、異なるバンドギャップを有する物質とのヘテロ複合材料化がある。そのための知見を得る目的で、各種遷移金属ダイカルコゲナイド(TMD)系材料やグラフェン、h-BN、TMDなどを用いたヘテロ複合原子層膜の原子構造の解析、電子構造および熱処理による構造変化を研究する。（菅原）さらなる分解能向上を目指すために、建設中のスピン分解光電子分光装置の電子レンズなどの調整を進める。また他の研究班との共同研究を推進し、グラフェン関連原子層物質の電子状態解析を行う。（遠藤）復旧した希釈冷凍機を用いて、空間変調グラフェンの量子輸送現象の低温実験を遂行する。
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