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2014 年度 実績報告書

バリスティックグラフェンpn接合における量子輸送現象

研究課題

研究課題/領域番号 14J09475
研究機関東京大学

研究代表者

森川 生  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2014-04-25 – 2017-03-31
キーワードグラフェン / pn接合 / 量子ホール効果
研究実績の概要

六方晶窒化硼素(h-BN)をGate絶縁膜として用いた高移動度グラフェンnpn接合において、強磁場下(2 T < B < 8 T)で特異な磁気抵抗振動を観測した。これらの振動は磁場や磁場の逆数に対して周期的でないことから、従来知られているSdH振動やAB振動で説明することができない。また、振動の等位相面が、キャリア変調に応じて系統的に移動することも観測された。この起源を明らかにするため、pn界面を伝搬する二つのエッジチャネルに注目した。その間を貫く磁束を計算し、磁束量子を単位とする量子化条件を与えることで実験結果が良く再現された。コヒーレンスの保たれたpn接合において、エッジチャネル干渉系が実現していることを初めて示した結果である。本研究結果をまとめることで、以下のように、1件の論文を執筆・投稿し(出版受理済)、2件の国内学術団体から表彰を受けた。
“Edge-channel interferometer at the graphene quantum Hall pn junction”, accepted for publication in Applied Physics Letters (selected as a cover of the issue).
若手奨励賞、フラーレン・ナノチューブ・グラフェン学会、2014年9月
優秀ポスター賞、ニューダイヤモンドフォーラム、2014年11月

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

本研究成果は、グラフェン量子ホールpn接合が、”Dirac Fermion Optics”の一要素となることを示した極めて重要な結果である。申請者の研究課題の実現に向け、当初の予想を超えたブレークスルーが達成されたと言える。

今後の研究の推進方策

今回発見した量子ホールエッジチャネル干渉系を利用した新たな量子光学実験を行うことで、グラフェンpn接合の物理の解明を進める。また、近年作製が可能になっている、より高移動度なグラフェンを用いることで、電子波の負の屈折などのグラフェンpn接合が示す特異な現象の観測を目指し、"Dirac Fermion Optics"の開拓をより進めたい。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 3件、 謝辞記載あり 4件) 学会発表 (8件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Modulation of Schottky Barrier Height in Graphene/MoS2/Metal Vertical Heterostructure with Large Current ON-OFF Ratio2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Sata, R. Moriya, T. Yamaguchi, Y. Inoue, S. Morikawa, N. Yabuki, S. Masubuchi, and T. Machida
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 54 ページ: 04DJ04

    • DOI

      10.7567/JJAP.54.04DJ04

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] グラフェンnpn接合におけるコヒーレントなキャリア輸送現象2015

    • 著者名/発表者名
      町田友樹, 森川生, 増渕覚, 守谷頼, 渡邊賢司, 谷口尚
    • 雑誌名

      表面科学

      巻: 36 ページ: 124-128

    • DOI

      10.1380/jsssj.36.124

    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Large current modulation in exfoliated-graphene/MoS2/metal vertical heterostructures2014

    • 著者名/発表者名
      R. Moriya, T. Yamaguchi, Y. Inoue, S. Morikawa, Y. Sata, S. Masubuchi, and T. Machida
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 105 ページ: 083119

    • DOI

      10.1063/1.4894256

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Tunneling transport in a few monolayer-thick WS2/graphene heterojunction2014

    • 著者名/発表者名
      T. Yamaguchi, R. Moriya, Y. Inoue, S. Morikawa, S. Masubuchi, K. Watanabe, T. Taniguchi, and T. Machida
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 105 ページ: 223109

    • DOI

      10.1063/1.4903190

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] h-BNトンネルバリアを用いたグラフェンのランダウ準位スペクトロスコピー2015

    • 著者名/発表者名
      森川生, 増渕覚, 守谷頼, 山口健洋, 井上義久, 渡邊賢司, 谷口尚, 町田友樹
    • 学会等名
      日本物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      Tokyo, Japan
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [学会発表] Oscillatory magnetotransport between co-propagating quantum Hall edge channels in graphene p-n junctions2015

    • 著者名/発表者名
      S. Morikawa, S. Masubuchi, R. Moriya, K. Watanabe, T. Taniguchi, and T. Machida
    • 学会等名
      APS March Meeting 2015
    • 発表場所
      San Antonio, USA
    • 年月日
      2015-03-02 – 2015-03-06
  • [学会発表] 高移動度グラフェンnpn接合における量子干渉2014

    • 著者名/発表者名
      森川生, 増渕覚, 守谷頼, 渡邊賢司, 谷口尚, 町田友樹
    • 学会等名
      第28回ダイヤモンドシンポジウム
    • 発表場所
      Tokyo, Japan
    • 年月日
      2014-11-19 – 2014-11-21
  • [学会発表] Quantum Interference in a Ballistic Graphene n-p-n Junction: Fabry-Perot Interference and a Novel Magnetoresistance Oscillation2014

    • 著者名/発表者名
      S. Morikawa, S. Masubuchi, R. Moriya, K. Watanabe, T. Taniguchi, and T. Machida
    • 学会等名
      2014 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM 2014)
    • 発表場所
      Tsukuba, Japan
    • 年月日
      2014-09-08 – 2014-09-11
  • [学会発表] Vertical Transport in Graphene/Ultrathin h-BN/Graphene van der Waals Heterostructures2014

    • 著者名/発表者名
      森川生, 増渕覚, 山口健洋, 守谷頼, 井上義久, 渡邊賢司, 谷口尚, 町田友樹
    • 学会等名
      第47回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
    • 発表場所
      Nagoya, Japan
    • 年月日
      2014-09-03 – 2014-09-05
  • [学会発表] グラフェンnpn接合における量子干渉効果2014

    • 著者名/発表者名
      森川生
    • 学会等名
      光電子融合ワークショップ
    • 発表場所
      Tokyo, Japan
    • 年月日
      2014-07-31 – 2014-07-31
    • 招待講演
  • [学会発表] Landau-level spectroscopy of graphene by tunneling through ultrathin hexagonal boron nitride2014

    • 著者名/発表者名
      S. Morikawa, S. Masubuchi, T. Yamaguchi, R. Moriya, Y. Inoue, K. Watanabe, T. Taniguchi, and T. Machida
    • 学会等名
      Graphene Week 2014
    • 発表場所
      Gothenburg, Sweden
    • 年月日
      2014-06-23 – 2014-06-27
  • [学会発表] バリスティックグラフェンnpn接合における量子干渉2014

    • 著者名/発表者名
      森川生, 増渕覚, 守谷頼, 渡邊賢司, 谷口尚, 町田友樹
    • 学会等名
      東京大学ナノ量子情報エレクトロニクス研究機構公開シンポジウム~ナノ量子情報エレクトロニクスの新展開~
    • 発表場所
      Tokyo, Japan
    • 年月日
      2014-05-19 – 2014-05-20

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公開日: 2016-06-01  

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