| 研究課題/領域番号 |
19K05195
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| 研究機関 | 岡山理科大学 |
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研究代表者 |
田邉 洋一 岡山理科大学, 理学部, 准教授 (80574649)
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| 研究分担者 |
今井 良宗 東北大学, 理学研究科, 講師 (30435599)
伊藤 良一 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (90700170)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | グラフェン / 3次元構造体 / 電気伝導 |
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| 研究実績の概要 |
本年度は、グラフェンによる3次元ナノ構造体(3次元グラフェン)の曲率半径に依存した電子状態を明らかにすることを目的として、曲率半径25-50nm, 50-150nm, 500-1000nmの３種類の試料を用いて輸送特性について調べた。電気２重層トランジスタを利用したゲート電圧に対する電気抵抗の測定からは、グラフェンの両極性の電気伝導として理解できる電気抵抗の極大をすべての曲率半径の試料で観測した。電気抵抗の絶対値は曲率半径の減少とともに10-100倍程度の範囲で増大する一方で、電気抵抗のオンオフ比は、ほとんど変化しないことから、試料中への一様なバンドギャップの形成など、きれいな周期構造が形成されている場合に予想されている状態とは異なる電子状態であると考えられる。曲率半径の減少に対して電気抵抗が増大する原因を明らかにするため、低温で磁場中電気伝導度の測定を行った結果、弱局在と電子間相互作用による伝導度補正が曲率半径が最も小さい25-50nmの試料で強く観測されること、さらにラマン散乱から、トポロジカル欠陥に由来するバレー間散乱を示すDバンドと曲面に由来するバレー内散乱を示すD'バンドのピーク強度の増大が見られることから、これらが3次元曲面を形成する曲面やトポロジカル欠陥による電子散乱効果に起因する効果であると結論した。従って、3次元グラフェンにおいては、曲面由来の電子散乱効果が曲率の増加とともに増大することから、3次元集積化により必ずしもグラフェンの電子物性が増幅されるわけではないということが実験から明らかになった。なお、本研究結果については現在論文投稿中である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
研究計画では、初年度に、曲率に依存した電子状態の変化を電気伝導物性から明らかにする予定であった。実際に、曲率半径25-50nm, 50-150nm, 500-1000nmの３種類の試料を作製し、これを用いて(1)電気２重層トランジスタを利用した。キャリア濃度に依存した電気伝導特性(2)低温における磁場中電気伝導特性の測定と解析を行った結果、３次元曲面によるグラフェンの電気伝導物性への影響を明らかにすることができた。従って、計画通りに研究を遂行することができたと考えられる。
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| 今後の研究の推進方策 |
初年度の実験から、計画通りに、グラフェンの電気伝導物性への３次元曲面への影響を観測することができた。集積効率の増大によって、電子散乱の効果が増大する一方で、グラフェンの電子状態に由来する両極性の電気伝導などの基本的な振る舞いは、曲率半径25-50nmの試料においても観測されることが明らかになった。従って、次年度はこれらの試料を用いて、3次元グラフェン内部に有機分子との界面を形成し、電荷移動を利用した局所キャリア制御を計画通り試みる予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本年度、トランジスタの測定に使用するソースメジャメントユニットの購入に充てる予定であったが、電気２重層トランジスタを利用した予備実験から、次年度以降の有機分子を利用した実験において、より気密性の高い金属製のグローブボックス購入が必要であることが明らかになり、これの購入に充てるため繰り越した。本年度、これを購入して、３次元グラフェンにおける、有機分子/グラフェン界面における電荷移動効果の検証実験に使用する予定である。なお、購入予定であったソースメジャメントユニットについては、昨年度着任した新しい所属部局において確保することができたので、実験の遂行には問題がない。
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