原子層の量子物性測定と新規物性探索

2017 年度 実績報告書

• 研究領域: 原子層科学
• 研究課題/領域番号: 25107003
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 長田 俊人 東京大学, 物性研究所, 准教授 (00192526)
• 研究分担者: 山本 倫久 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任准教授 (00376493) ; 町田 友樹 東京大学, 生産技術研究所, 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, 材料科学高等研究所, 助教 (70547306) ; 劉 崢 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (80333904)
• 研究期間 (年度): 2013-06-28 – 2018-03-31
• 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 / 2次元物質 / トポロジカル物性

研究実績の概要

(長田)グラフェンのHaldane模型とKane-Mele模型に対応する模型を２次元有機Dirac半金属a-(BEDT-TTF)2I3格子に対して構築し、Chern絶縁体とトポロジカル絶縁体が各々時間反転対称性の破れた弱い電荷秩序と有限のスピン軌道相互作用の下で現れることを示した。(町田)異なる原子層を積層したファンデルワールス接合を作製し、その量子輸送現象および光学特性を調べた。また、原子層探索・層数評価・原子層積層を全自動で行うシステムを立上げた。(山本)２層グラフェンにおいて、スピンとバレーが混成したスピンバレー流に起因する非局所伝導を観測した。量子ホール状態のグラフェンのジョセフソン接合において、クーパー対分離を反映した臨界電流の接合幅の増加に伴う減少を観測した。(八木)グラフェンの抵抗の磁場、垂直電場依存性を測定し低エネルギー電子状態を系統的に調べ、層数と積層構造で決まるバンド構造を反映した構造を示すことを見出した。また２層グラフェンの電子構造の異方性を磁場中弾道軌道運動として検出した。(劉)３層以上の1T-TaS2試料では室温においても整合構造のCDW相に対応する超格子が存在すること、２層以下では超格子が整合から非整合へと変化することを走査透過型電子顕微鏡観察で明らかにした。またTMDC単層試料中に存在する粒界構造を観察した。(菅原)３層グラフェンの積層構造や原子層物質TaSe2の結晶構造が成長条件により制御可能であること、それに依存して電子状態が大きく変化することを角度分解光電子分光によって明らかにした。(遠藤：連携研究者)SiC基板上カーボンナノチューブ密配列膜の交流伝導が主にナノチューブ間の静電結合に由来することを、周波数・磁場依存性の測定より明らかにした。Si上エピタクシャルグラフェンのホールバーへの加工、観察技術を開発した。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] 梨花女子大学(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: 梨花女子大学
• [国際共同研究] EHT Zulich(スイス)
  • 国名: スイス
  • 外国機関名: EHT Zulich
• [国際共同研究] Duke大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Duke大学
• [国際共同研究] City University of Hong Kong(香港)
  • 国名: その他の国・地域
  • 外国機関名: City University of Hong Kong
• [雑誌論文] Thickness-dependent phase transition in graphite under high magnetic field (2018)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro Taen, Kazuhito Uchida, and Toshihito Osada
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 97 ページ: 115122-1-7
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.97.115122
  • 査読あり
• [雑誌論文] Investigation of Supercurrent in the Quantum Hall Regime in Graphene Josephson Junctions (2018)
  • 著者名/発表者名: Anne W. Draelos, Ming Tso Wei, Andrew Seredinski, Chung Ting Ke, Yash Mehta, Russell Chamberlain, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Michihisa Yamamoto, Seigo Tarucha, Ivan V. Borzenets, Francois Amet, Gleb Finkelstein
  • 雑誌名: J. Low Temp. Phys. 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1007/s10909-018-1872-9
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Magnetoresistance measurements of tetralayer graphene device with single gate electrode (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Hirahara, R. Ebisuoka, K. Watanabe, T. Taniguchi and R. Yagi
  • 雑誌名: J. Phys.: Conf. Ser. 巻: 969 ページ: 012150
  • DOI: 10.1088/1742-6596/969/1/012150
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Band gap modification and photoluminescence enhancement of graphene nanoribbon filled single-walled carbon nanotubes (2018)
  • 著者名/発表者名: A. I. Chernov, P. V. Fedotov, H. E. Lim, Y. Miyata, Z. Liu, K. Sato, K. Suenag, H. Shinohara and E. D. Obraztsova
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 10 ページ: 2936-2943
  • DOI: 10.1039/c7nr07054c
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Selective Fabrication of Mott-Insulating and Metallic Monolayer TaSe2 (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakata, T. Yoshizawa, K. Sugawara, Y. Umezawa, T. Takahashi and T. Sato
  • 雑誌名: ACS Applied Nano Materials 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1021/acsanm.8b00184
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three-dimensional porous graphene networks expand graphene-based electronic device applications (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Ito, Y. Tanabe, K. Sugawara, M. Koshino, T. Takahashi, K. Tanigaki, H. Aoki, M. Chen
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 20 ページ: 6024-6033
  • DOI: 10.1039/C7CP07667C
  • 査読あり
• [雑誌論文] Selective fabrication of free-standing ABA and ABC trilayer graphene with/without Dirac-cone energy bands (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Sugawara, N. Yamamura, K. Matsuda, W. Norimatsu, M. Kusunoki, T, Sato, and T. Takahashi
  • 雑誌名: NPG Asia Materials 巻: 10 ページ: e466
  • DOI: 10.1038/am.2017.238
  • 査読あり
• [雑誌論文] Frequency dependent ac transport of films of close-packed carbon nanotube arrays (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Endo, S. Katsumoto, K. Matsuda, W. Norimatsu, M. Kusunoki
  • 雑誌名: J. Phys.: Conf. Ser. 巻: 969 ページ: 012129-1-6
  • DOI: 10.1088/1742-6596/969/1/012129
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Chern Insulator Phase in a Lattice of an Organic Dirac Semimetal with Intracellular Potential and Magnetic Modulations (2017)
  • 著者名/発表者名: Toshihito Osada
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 86 ページ: 123702-1-5
  • DOI: 10.7566/JPSJ.86.123702
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Intersubband Landau Level Couplings Induced by In-Plane Magnetic Fields in Trilayer Graphene (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Asakawa, S. Masubuchi, N. Inoue, S. Morikawa, K. Watanabe, T. Tniguchi, and T. Machida
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 119 ページ: 186802-1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.119.186802
  • 査読あり
• [雑誌論文] Exfoliation and van der Waals heterostructure assembly of intercalated ferromagnet Cr1/3TaS2 (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamasaki, R. Moriya, M. Arai, S. Masubuchi, S. Pyon, T. Tamegai, K.Ueno, and T. Machida
  • 雑誌名: 2D Mater. 巻: 4 ページ: 041007-1-10
  • DOI: 10.1088/2053-1583/aa8a2b
  • 査読あり
• [雑誌論文] Suppression of exciton-exciton annihilation in tungsten disulfide monolayers encapsulated by hexagonal boron nitrides (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Hoshi, T. Kuroda, M. Okada, R. Moriya, S. Masubuchi, K. Watanabe, T. Taniguchi, R. Kitaura, and T. Machida
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 95 ページ: 241403(R)-1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.95.241403
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical coupling between atomically thin black phosphorus and a two dimensional photonic crystal nanocavity (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Ota, R. Moriya, N. Yabuki, M. Arai, M. Kakuda, S. Iwamoto, T. Machida, and Y. Arakawa
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 110 ページ: 223105-1-4
  • DOI: 10.1063/1.4989597
  • 査読あり
• [雑誌論文] グラフェンのジョセフソン接合における超伝導流 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山本倫久、Ivan V. Berzenets、樽茶清悟
  • 雑誌名: 日本物理学会誌 巻: 72 ページ: 774-782
  • 査読あり
• [雑誌論文] Extraction of High-Purity Single-Chirality Single-Walled Carbon Nanotubes through Precise pH Control Using Carbon Dioxid Bubbling (2017)
  • 著者名/発表者名: Yota Ichinose, Junko Eda, Yohei Yomogida, Zheng Liu, and Kazuhiro Yanagi
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 121 ページ: 13391-13395
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.7b03896
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct observation of mono-layer, bi-layer, and tri-layer charge density waves in 1T-TaS2 by transmission electron microscopy without a substrate (2017)
  • 著者名/発表者名: Daiki Sakabe, Zheng Liu, Kazutomo Suenaga, Keiji Nakatsugawa and Satoshi Tanda
  • 雑誌名: npj Quantum Materials 巻: 2 ページ: 22
  • DOI: 10.1038/s41535-017-0025-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photofunctionality in Porphyrin-Hybridized Bis(dipyrrinato)zinc(II) Complex Micro- and Nanosheets (2017)
  • 著者名/発表者名: Ryota Sakamoto, Toshiki Yagi, Ken Hoshiko, Shinpei Kusaka, Ryota Matsuoka, Hiroaki Maeda, Zheng Liu, Qian Liu, Wai-Yeung Wong, and Hiroshi Nishihara
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 56 ページ: 3526-3530
  • DOI: 10.1002/anie.201611785
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two-dimensional Dirac semimetal phase in non-doped one-monolayer FeSe film (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Kanayama, K. Nakayama, G. N. Phan, M. Kuno, K. Sugawara, T. Takahashi, and T. Sato
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 96 ページ: 220509R
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.96.220509
  • 査読あり
• [雑誌論文] 2層グラフェン層間化合物の２次元超伝導 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高橋隆, 菅原克明, 一ノ倉聖, 高山あかり, 長谷川修司
  • 雑誌名: 表面物理 巻: 38 ページ: 460-465
  • DOI: 10.1380/jsssj.38.460
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancement of band gap and evolution of in-gap states in hydrogen-adsorbed monolayer graphene on SiC(0001) (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Sugawara, K. Suzuki, M. Sato, T, Sato, and T. Takahashi
  • 雑誌名: Carbon 巻: 124 ページ: 584-587
  • DOI: 10.1016/j.carbon.2017.09.024
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two-carrier model on themagnetotransport of epitaxial graphene containing coexisting single-layer and bilayer areas (2017)
  • 著者名/発表者名: Akira Endo, Jianfeng Bao, Wataru Norimatsu, Michiko Kusunoki, Shingo Katsumoto and Yasuhiro Iye
  • 雑誌名: Philos. Mag. 巻: 97 ページ: 1755-1767
  • DOI: 10.1080/14786435.2017.1311429
  • 査読あり
• [学会発表] Double Carrier Transport in Electron-Doped Region in Black Phosphorus FET (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Hirose, T. Osada, K. Uchida, T. Taen, K. Watanabe, T. Taniguchi, and Y. Akahama
  • 学会等名: 22nd International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS-22)
  • 国際学会
• [学会発表] Chern Insulator Phase in α-(BEDT-TTF)2I3 Lattice with Intracellular Magnetic Modulation (2017)
  • 著者名/発表者名: Toshihito Osada
  • 学会等名: 12th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Magnets (ISCOM2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Quantum transport in van der Waals junctions of graphene and 2D materials (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Machida
  • 学会等名: EU Flagship-Japan Second Workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Quantum transport in van der Waals junctions of graphene and 2D materials (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Machida
  • 学会等名: UT2 Workshop 2017 (Univ. of Tokyo and Univ. of Toronto Graduate Students Workshop)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Electric field effect in van der Waals heterostructures based on graphene and TMD materials (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Sata
  • 学会等名: 2017 Collaborative Conference on Materials Research
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Quantum transport in van der Waals junctions of graphene and 2D materials (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Machida
  • 学会等名: 13th International Conference Advanced Carbon NanoStructures
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] グラフェン/二次元結晶ファンデルワールス接合の作製と量子輸送現象 (2017)
  • 著者名/発表者名: 町田友樹
  • 学会等名: JEITA 平成29年度 先端電子材料・デバイス技術フォーラム
  • 招待講演
• [学会発表] Transport and optical properties of van der Waals junctions of 2D materials (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Machida
  • 学会等名: CEMS Topical Meeting on Emergent 2D Materials 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Quantum transport and optoelectronic application in van der Waals junctions of various 2D materials (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Machida
  • 学会等名: The 8th A3 Symposium on Emerging Materials: Nanomaterials for Energy and Electronics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Quantum transport in van der Waals junctions of graphene and 2D materials (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Machida
  • 学会等名: The 3rd International Conference on 2D Materials and Technology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] グラフェンにおけるスピンバレートロニクス (2017)
  • 著者名/発表者名: 山本倫久
  • 学会等名: CUPALワークショップ「トポロジカル物質・原子層物質の新規物性」
  • 招待講演
• [学会発表] グラフェンの量子ホール状態を介した超伝導流 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山本倫久
  • 学会等名: 日本物理学会（岩手大学）
  • 招待講演
• [学会発表] Graphene-based superconductor electronics (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Yamamoto
  • 学会等名: The 9th Conferences on Recent Progress in Graphene and Two-dimensional Materials Research (RPGR2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Supercurrent through graphene-based Josephson junctions (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Yamamoto
  • 学会等名: QTech 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Governing energies of graphene Josephson junctions from dirty to the ultra-clean reigmes (2017)
  • 著者名/発表者名: Ivan Borzenets, Francois Amet, Chung Ting Ke, Anne Draelos, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Yuriy Bomze, Gleb Finkelstain, Michihisa Yamamoto, Seigo Tarucha
  • 学会等名: Superstripes-2015 on Quantum in Complex Matter
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Graphene-based valleytronics and superconductor electronics (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Yamamoto
  • 学会等名: 2nd EU flagship-Japan workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] On low field magneto-resistance oscillations in moiré superlattices of bilayer graphene/h-BN (2017)
  • 著者名/発表者名: Ebisuoka, T. Hirahara, K. Watanabe, T. Taniguchi, and R. Yagi
  • 学会等名: 28 th International Conference of Low Temperature Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Landau level structure of Bernal-stacked tetra-layer graphene (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Hirahara, R. Ebisuoka, K. Watanabe, T. Taniguchi, and R. Yagi
  • 学会等名: 28 th International Conference of Low Temperature Physics
  • 国際学会
• [学会発表] In-Situ Observation of H-BN/Graphene Heterostructure Synthesized in a STEM (2017)
  • 著者名/発表者名: Zheng Liu, Yung-Chang Lin, Yohei Sato, Po-Wen Chiu, Masami Terauchi, Sumio Iijima and Kazu Suenga
  • 学会等名: The 5th Ito international Research Center conference (IIRC5)
  • 国際学会
• [学会発表] Structure of 1D Aluminum Oxyhydroxide γ-AlOOH (Pseudoboehmite) (2017)
  • 著者名/発表者名: Zheng Liu, Takashi Yumura and Sumio Iijima
  • 学会等名: 11th International Symposium on Atomic Level Characterizations for New Materials and Devices ’17
  • 国際学会
• [学会発表] 空間反転対称性が破れたNbSe2原子層の高分解能ARPES (2017)
  • 著者名/発表者名: 菅原克明, 中田優樹, 一ノ倉聖, 岡田佳憲, 一杉太郎, 是常隆, 長谷川修司, 高橋隆, 佐藤宇史
  • 学会等名: スピントロニクス学術研究基盤と連携ネットワークシンポジウム
• [学会発表] Unconventional electronic states of atomic-layer transition-metal dichalcogenaides (2017)
  • 著者名/発表者名: Katsuaki Sugawara, Yuki Nakata, Seigo Souma, T. Takahashi, and T. Sato
  • 学会等名: Kick-off Symposium for World Leading Research Centers - Materials Science and Spintronics -
  • 国際学会
• [学会発表] グラフェン関連原子層超伝導体の高分解能ARPES (2017)
  • 著者名/発表者名: 菅原克明
  • 学会等名: 仙台プラズマフォーラム
• [学会発表] 原子層物質グラフェンの超電導化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 菅原克明
  • 学会等名: 本多記念研究奨励賞記念講演
  • 招待講演
• [学会発表] 超伝導グラフェンの作製とその電子デバイスへの応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 菅原克明
  • 学会等名: ファインケミカルジャパン2017
• [学会発表] Frequency dependent ac transport of films of close-packed carbon nanotube arrays (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Endo, S. Katsumoto, K. Matsuda, W. Norimatsu, M. Kusunoki
  • 学会等名: 28-th Int. Conf. Low Temperature Physics (LT28)
  • 国際学会
• [学会発表] Characterization of Epitaxial Graphene Layers on SiC Substrate by Low-temperature Magnetotransport Measurements (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Endo, J. Bao, K. Matsuda, W. Norimatsu, M. Kusunoki
  • 学会等名: Int. Conf. on Materials and Systems for Sustainability (ICMaSS2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Low-temperature magnetotransport of inhomogeneous epitaxial graphene grown on SiC (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Endo, S. Katsumoto, J. Bao, W. Norimatsu, M. Kusunoki
  • 学会等名: Int. Symposium on Epitaxial Graphene (ISEG2017)
  • 国際学会
• [図書] カーボンが創る未来社会 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山本倫久
  • 総ページ数: p141-156
  • 出版者: 丸善プラネット
  • ISBN: ISBN978-4-86345-348-7
• [備考] 長田研究室ホームページ
  • URL: http.//osada.issp.u-tokyo.ac.jp/
• [備考] 山本倫久ホームページ
  • URL: http://www.meso.t.u-tokyo.ac.jp/yamamoto/
• [備考] 佐藤研究室ホームページ
  • URL: http://arpes.phys.tohoku.ac.jp
• [産業財産権] Automated searching and assembly of two-dimensional crystals to build van der Waals superlattices (2018)
  • 発明者名: 増渕覚、町田友樹
  • 権利者名: 増渕覚、町田友樹
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 米国特許商標庁・US62/634817
  • 外国