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2017 年度 実績報告書

グラフェンのジグザグ六角形ナノピットと点欠陥の局所電子状態とグラフェンの物性制御

研究課題

研究課題/領域番号 15K05159
研究機関東京大学

研究代表者

松井 朋裕  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (40466793)

研究分担者 福山 寛  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (00181298)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワードグラフェン / グラファイト / スピン偏極ジグザグ端状態 / 走査トンネル顕微/分光法 / 電気輸送特性
研究実績の概要

本研究課題では、欠陥導入によるグラフェンの物性制御のために、グラフェンやグラファイト表面に作成した欠陥の原子構造や電子状態を走査トンネル顕微/分光法(STM/S)を用いて原子スケールの空間分解能で明らかにしつつ、欠陥の形状や密度に応じたグラフェンの物性変化を伝導特性から調べることを目的とする。その過程では、グラフェン・ナノリボンのジグザグ端に期待されるスピン偏極状態の直接観測も重要な目的のひとつである。
本研究により、グラファイトやグラフェンを高温下で水素プラズマに曝すことで、単原子層深さのナノピットとして欠陥を、その大きさや密度のみならず、形状も円形(不定形)から六角形まで制御しながら作成する技術を確立した。このとき六角形ナノピットの端は原子スケールで整ったジグザグ構造であることも明らかにした。このように数多くのジグザグ端を自在に作成できるようになったことは、今後の研究上そしてデバイスへの応用上の大きな進展である。
多層グラフェンに対する電気伝導度測定の結果、不定形ナノピットを含む試料では2次元の弱局在を示唆する抵抗率の強い温度依存性が観測されるが、ジグザグ六角形ナノピットを含む試料では、清浄グラフェンと同様、抵抗率の温度依存性はごくわずかであることが分かった。今後の磁気抵抗測定を通してこの詳細なメカニズムを解明していくことで、グラフェンの物性制御に向けて新しい知見が開ける期待がある。
一方、ジグザグ六角形ナノピットで挟まれた領域に得られる、グラファイト基板上グラフェン・ナノリボンのジグザグ端では、単一のジグザグ端における状態密度のピークがふたつに分裂することが、STM/Sによる局所的な測定から明らかになった。これはスピン偏極ジグザグ端状態をはじめて明瞭に直接観測したものであり、スピン偏極端状態を利用したグラフェンの物性制御に向けて重要な知見が得られた。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 4件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] STS Studies of Zigzag Edges Produced by Hydrogen Plasma Etching2018

    • 著者名/発表者名
      Andre E. B. Amend, Tomohiro Matsui, Hideki Sato, Hiroshi Fukuyama
    • 雑誌名

      e-Journal of Surface Science and Nanotechnology

      巻: 16 ページ: 72~75

    • DOI

      https://doi.org/10.1380/ejssnt.2018.72

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Low temperature transport properties of pyrolytic graphite sheet2017

    • 著者名/発表者名
      Nakamura Sachiko、Miyafuji Daisuke、Fujii Takenori、Matsui Tomohiro、Fukuyama Hiroshi
    • 雑誌名

      Cryogenics

      巻: 86 ページ: 118~122

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.cryogenics.2017.08.004

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] グラフェン・ナノリボンにおけるジグザグ端状態のSTM/S観測2018

    • 著者名/発表者名
      松井朋裕、Andre E. B. Amend、喜田和馬、佐藤秀樹、福山寛
    • 学会等名
      日本物理学会 第73回 年次大会
  • [学会発表] Scanning Tunneling Spectroscopy Study of Graphene Zigzag Nano-ribbon2018

    • 著者名/発表者名
      Andre E. B. Amend, 松井朋裕、福山寛
    • 学会等名
      第9回 低温センター研究交流会
  • [学会発表] Hexagonal Nanopits with Zigzag Edges on Graphite Surfaces2017

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Matsui
    • 学会等名
      Tsinghua University - The University of Tokyo Joint Symposium on Multidiscipline
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] STS Studies of Zigzag Edge State and Quantum Hall Edge State at Graphite Surfaces2017

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Matsui, Hideki Sato, Andre E. B. Amend, Kazuma Kita, Hiroshi FUkuyama
    • 学会等名
      The 8th International Symposium on Surface Science
    • 国際学会
  • [学会発表] STS Studies of Graphite Edges Produced by Hydrogen-plasma Etching2017

    • 著者名/発表者名
      Andre E. B. Amend, Tomohiro Matsui, Hideki Sato, Kazuma Kita, Hiroshi Fukuyama
    • 学会等名
      The 8th International Symposium on Surface Science
    • 国際学会
  • [学会発表] Hydrogen-plasma Etching of Graphite and Multi-layer Graphene2017

    • 著者名/発表者名
      Kazuma Kita, Tomohiro Matsui, Hideki Sato, Andre E. B. Amend, Hiroshi Fukuyama
    • 学会等名
      The 8th International Symposium on Surface Science
    • 国際学会
  • [学会発表] 劈開グラフェンへのジグザグ・ナノピット形成とその伝導度測定2017

    • 著者名/発表者名
      喜田和馬、松井朋裕、Andre E. B. Amend、福山寛
    • 学会等名
      日本物理学会2017年秋季大会

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公開日: 2018-12-17  

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