| 研究課題/領域番号 |
15K05159
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| 研究機関 | 東京大学 |
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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)
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| 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)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| 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 |
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| 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。
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