電子波デバイス応用に向けた窒化ホウ素／グラフェン系バリスティック伝導構造の研究

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15F15314
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 青木 伸之 千葉大学, 大学院工学研究院, 准教授 (60312930)
• 研究分担者: CHUANG CHIASHAIN 千葉大学, 工学(系)研究科(研究院), 外国人特別研究員
• 研究期間 (年度): 2015-11-09 – 2018-03-31
• キーワード: グラフェン / 六方晶窒化ホウ素 / 量子伝導現象 / 化学気相成長法 / 走査ゲート顕微法 / エピタキシャルグラフェン

研究実績の概要

（１）化学気相成長（CVD）法で作製されたグラフェンに対して細線状に加工を行った試料を作製し、低温にて走査ゲート顕微法（SGM）による観察を行った。不規則性の強いCVDグラフェンであっても量子干渉効果が観測され、それらは磁場や電場およびホットキャリアによって変調可能であることを見出した。低磁場印加によるSGM像の変化に対しては弱局在現象と量子干渉効果に基づいて解析を進め、磁気振動から見積もられる干渉領域と広がりと、試料構造との関係を議論した。
（２）h-BN/単層グラフェン/h-BNサンドイッチ構造を有する試料の低温時期伝導現象を観測した。この構造により移動度は100,000 cm2/Vsまで劇的に上昇し、これにより準バリスティック伝導領域での量子干渉効果を議論することができるようになった。拡散伝導領域で観測されていたエルゴード理論（電場と磁場に対する伝導度ゆらぎが等価であるという理論）の破れが観測され、それがグラフェンにおける本質的な性質であることが示された。さらに磁場の印加により明瞭なシュブニコフ－ド・ハース振動が観測され、その解析からh-BN/グラフェン/h-BN系でのキャリアの位相緩和時間等について議論を行った。
（３）低キャリア密度のエピタキシャルグラフェンの低温磁気伝導について観測し、電子－電子相互作用による温度依存性や、バリアブルレンジホッピング伝導、電荷トラップ現象、化学ドーピングによる半導体／金属転移現象の観測に成功した。

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] 国立台湾大学/国立嘉儀大学/国立中興大学(台湾)
  • 国名: その他の国・地域
  • 外国機関名: 国立台湾大学/国立嘉儀大学/国立中興大学
• [国際共同研究] アリゾナ州立大学/ニューヨーク州立大学バッファロー校(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: アリゾナ州立大学/ニューヨーク州立大学バッファロー校
• [国際共同研究] 成均館大学(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: 成均館大学
• [雑誌論文] Hot carriers in CVD-grown graphene device with a top h-BN layer (2018)
  • 著者名/発表者名: C. Chuang, M. Mineharu, N. Matsumoto, M. Matsunaga, C.-W. Liu, B.-Y. Wu, Gil-Ho Kim, L.-H. Lin, Y. Ochiai, K. Watanabe, T. Taniguchi, C.-T. Liang and N. Aoki
  • 雑誌名: Journal of Nanomaterials 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Large, non-saturating magnetoresistance in single layer chemical vapor deposition graphene with an h-BN capping layer (2018)
  • 著者名/発表者名: Chiashain Chuang, C.-T. Liang, Gil-Ho Kim, R.E. Elmquist, Y. Yang, Y.P. Hsieh, Dinesh K. Patel, K. Watanabe, T. Taniguchi, and N. Aoki
  • 雑誌名: Carbon 巻: 136 ページ: 211-216
  • DOI: 10.1016/j.carbon.2018.04.067
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Shubnikov-de Haas measurements on a high mobility monolayer graphene flake sandwiched between boron nitride sheets (2017)
  • 著者名/発表者名: Naoki Matsumoto, Masaaki Mineharu, Masahiro Matsunaga, Chiashain Chuang, Yuichi Ochiai, Kenichi Oto, Gil-Ho Kim, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, David K Ferry, Carlo R da Cunha and Nobuyuki Aoki
  • 雑誌名: J. Phys.: Condens. Matter 巻: 29 ページ: 225301-1-6
  • DOI: 10.1088/1361-648X/aa6d36
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Hot carriers in disordered grapheme with hexagonal-boron Nitride and multi-layer graphene (2017)
  • 著者名/発表者名: C. Chuang, M. Mineharu1, N. Matsumoto, M. Matsunaga,C.-W. Liu, B.-Y. Wu, G.-H. Kim, L.-H. Lin, Y.Ochiai, K. Watanabe, T. Taniguchi, Dinesh Kumar, C.-T. Liang, N. Aoki
  • 学会等名: EDISON20(The 20th International Conference on Electron Dynamics in Semiconductors)
  • 国際学会
• [学会発表] Thermal carriers in disorderedgrphene with hexagonal-Boron Nitride and multi-layer graphene (2017)
  • 著者名/発表者名: Chuang Chiashain, Mineharu M., Matsunaga M., Liu C.-W., Wu B.-Y., Kim G.-H., Lin L.-H., Ochiai Y., Liang C.-T., Aoki N
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [備考] 千葉大学大学院先進理化学専攻物質科学コース・青木研究室
  • URL: http://adv.chiba-u.jp/nano/qnd/index.html