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2021 年度 実施状況報告書

Li侵入グラフェンの強磁性発現検証

研究課題

研究課題/領域番号 21K14533
研究機関東京工業大学

研究代表者

一ノ倉 聖  東京工業大学, 理学院, 助教 (00792566)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
キーワードグラフェン / ワイドギャップ半導体 / リチウム
研究実績の概要

本研究ではLi侵入グラフェンでのフラットバンド由来の強磁性の検証を目指している。強磁性を発現させるにはフラットバンドの近傍でフェルミ面を精密に制御する必要がある。研究課題申請時は2層グラフェンにLiが侵入したものを想定していたが、本年度、グラフェンの層数を3層以上へと増加させたところ、層数増加に伴いフラットバンド近傍でフェルミ面が徐々にシフトしていくことを見出した。これは、強磁性が発現する条件を探索する上で層数の自由度もあるということを示している。さらに、第一原理計算により2つの知見を得た。一つ目として、上記のフラットバンドのシフトはLiが全ての層間にインターカレートしたモデルでは説明できず、1層おきに侵入しているモデルで良く説明できることがわかった。2つ目として、Li侵入後、グラフェンと基板の界面に大きなショットキー障壁が存在していることがわかった。このショットキー障壁を絶縁層として利用することにより、基板背面がゲート電極として利用できると考えられる。従って、この系では層数とゲート電圧の2つのパラメータによりフェルミ面制御によって強磁性条件を探索できることがわかった。
また、グラフェンのホールバーを形成して電気伝導測定を行うための加工条件を検証した。酸素プラズマエッチングにより表面を除去できることがわかった。

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

研究課題申請時は2層グラフェンにLiが侵入したものを想定していたが、グラフェンの層数を3層以上へと増加させたところ、層数増加に伴いフラットバンド近傍でフェルミ面が徐々にシフトしていくことを見出し、強磁性が発現する条件を探索する上で層数の自由度もあるということがわかったため。また、Li侵入後、グラフェンと基板の界面に大きなショットキー障壁が存在していることがわかった。このショットキー障壁を絶縁層として利用することにより、基板背面がゲート電極として利用できると考えられ、この系では層数とゲート電圧の2つのパラメータによりフェルミ面制御によって強磁性条件を探索できることがわかった。

今後の研究の推進方策

今後は、異常ホール効果の検出を目指し、電気伝導測定方法の改良を行う。グラフェンホールバーの加工において、グラフェン部分にダメージを与えない条件を探索する。また、その場電気伝導測定装置の端子数を6端子化する。

次年度使用額が生じた理由

今年度は電気伝導測定を開始せず、ロックインアンプの購入を見送ったため。

  • 研究成果

    (21件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 4件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Fabrication of (Bi2)m(Bi2Te3)n superlattice films by Te desorption from a pristine Bi2Te3 film2022

    • 著者名/発表者名
      Kusaka S.、Sasaki T. T.、Sumida K.、Ichinokura S.、Ideta S.、Tanaka K.、Hono K.、Hirahara T.
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 120 ページ: 173102~173102

    • DOI

      10.1063/5.0090207

  • [雑誌論文] Two-Dimensional Superconductivity of Ca-Intercalated Graphene on SiC: Vital Role of the Interface between Monolayer Graphene and the Substrate2022

    • 著者名/発表者名
      Toyama Haruko、Akiyama Ryota、Ichinokura Satoru、Hashizume Mizuki、Iimori Takushi、Endo Yukihiro、Hobara Rei、Matsui Tomohiro、Horii Kentaro、Sato Shunsuke、Hirahara Toru、Komori Fumio、Hasegawa Shuji
    • 雑誌名

      ACS Nano

      巻: 16 ページ: 3582~3592

    • DOI

      10.1021/acsnano.1c11161

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Substrate-induced broken C 4 symmetry and gap variation in superconducting single-layer FeSe / SrTiO 3 - ( √ 13 × √ 13 )2022

    • 著者名/発表者名
      Si Wen、Tanaka Tomoaki、Ichinokura Satoru、Hirahara Toru
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 105 ページ: 104502

    • DOI

      10.1103/physrevb.105.104502

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Monolayer FeSe films grown on SrTiO3 with controlled surface superstructures studied by scanning probes: evidence for interface superconductivity2021

    • 著者名/発表者名
      Tanaka Tomoaki、Ichinokura Satoru、Pedersen Asger、Hirahara Toru
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 60 ページ: SE0801~SE0801

    • DOI

      10.35848/1347-4065/abefad

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Absence of ferromagnetism in MnBi 2 Te 4 / Bi 2 Te 3 down to 6 K2021

    • 著者名/発表者名
      Fukasawa T.、Kusaka S.、Sumida K.、Hashizume M.、Ichinokura S.、Takeda Y.、Ideta S.、Tanaka K.、Shimizu R.、Hitosugi T.、Hirahara T.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 103 ページ: 205405

    • DOI

      10.1103/physrevb.103.205405

    • 査読あり
  • [学会発表] 磁性トポロジカル絶縁体サンドイッチ構造の電子状態と磁化特性 Ⅱ2022

    • 著者名/発表者名
      福嶋隆司朗, 角田一樹, 竹田幸治, 田中清尚, 石原和宜, 一ノ倉 聖, 平原 徹
    • 学会等名
      日本物理学会第77回年次大会
  • [学会発表] Substrate-induced Broken C4 Symmetry and Gap Variation in Superconducting Single-layer FeSe/SrTiO3 -√13x√132022

    • 著者名/発表者名
      W. Si, T. Tanaka, S. Ichinokura, T. Hirahara
    • 学会等名
      日本物理学会第77回年次大会
  • [学会発表] Caがインターカレートしたグラフェンにおける2重ディラックバンドと層間電子状態2022

    • 著者名/発表者名
      一ノ倉聖, 德田啓, 福嶋隆司朗, 堀井健太郎, 遠山晴子, 秋山了太, 出田真一郎, 田中清尚, 清水亮太, 一杉太郎, 長谷川修司, 平原徹
    • 学会等名
      日本物理学会第77回年次大会
  • [学会発表] Substrate-induced Broken C4 Symmetry in Superconducting Monolayer FeSe/SrTiO3 - √13x√132022

    • 著者名/発表者名
      W. Si, T. Tanaka, S. Ichinokura, and T. Hirahara
    • 学会等名
      29th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy(ICSPM29)
    • 国際学会
  • [学会発表] Van Hove Singularity in Thickness Controlled Li-Intercalated Graphene2021

    • 著者名/発表者名
      S. Ichinokura, M. Toyoda, M. Hashizume, K. Horii, S. Kusaka, S. Ideta, K. Tanaka, R. Shimizu, T. Hitosugi, S. Saito, T. Hirahara
    • 学会等名
      The 9th International Symposium on Surface Science (ISSS-9)
    • 国際学会
  • [学会発表] First-Principles Analysis on Band alignment of LiTi2O4 and SrTiO3 to Understand Ion Diffusion Modulation via Substrate Choice2021

    • 著者名/発表者名
      A. Nakanishi, K. Nishio, S. Ichinokura, K. Shimizu, Y. Kobayashi, N. Nakamura, D. Imazeki, R. Shimizu, T. Hirahara, T. Hitosugi, and S. Watanabe
    • 学会等名
      The 9th International Symposium on Surface Science (ISSS-9)
    • 国際学会
  • [学会発表] 磁性トポロジカル絶縁体サンドウィッチ構造の電子状態と磁化特性2021

    • 著者名/発表者名
      福嶋 隆司朗, 角田 一樹, 竹田 幸治, 一ノ倉 聖, 平原 徹
    • 学会等名
      2021年日本表面真空学会学術講演会
  • [学会発表] Nbドープ SrTiO3上の単層 FeSeの電気伝導特性2021

    • 著者名/発表者名
      出高志朗, 小林俊博, 田中友晃, 一ノ倉聖, 清水亮太, 一杉太郎, 平原徹,
    • 学会等名
      2021年日本表面真空学会学術講演会
  • [学会発表] Liインターカレートしたグラフェンにおける van Hove特異性の層数依存性2021

    • 著者名/発表者名
      一ノ倉 聖, 豊田 雅之, 橋爪 瑞葵, 堀井 健太郎, 日下 翔太郎, 出田 真一郎, 田中 清尚, 清水 亮太, 一杉 太郎, 斎藤 晋, 平原 徹
    • 学会等名
      2021年日本表面真空学会学術講演会
  • [学会発表] Local effect of sqrt13xsqrt13 reconstruction on single-layer FeSe/SrTiO32021

    • 著者名/発表者名
      司 文, 田中 友晃, 一ノ倉 聖, 平原 徹
    • 学会等名
      2021年日本表面真空学会学術講演会
  • [学会発表] Liインターカレートした単層および多層グラフェンにおける質量のあるディラックコーン2021

    • 著者名/発表者名
      一ノ倉聖, 豊田雅之, 橋爪瑞葵, 堀井健太郎, 出田真一郎, 田中清尚, 清水亮太, 一杉太郎, 斎藤晋, 平原徹
    • 学会等名
      日本物理学会 2021年秋季大会
  • [学会発表] NbドープSrTiO3上の単層FeSeの電気伝導測定2021

    • 著者名/発表者名
      出高志朗, 小林俊博, 田中友晃, 一ノ倉聖, 清水亮太, 一杉太郎, 平原徹,
    • 学会等名
      日本物理学会 2021年秋季大会
  • [学会発表] SiC基板上のCaインターカレートグラフェンにおける超伝導2021

    • 著者名/発表者名
      遠山晴子, 秋山了太, 橋爪瑞葵, 一ノ倉聖, 飯盛拓嗣, 松井朋裕, 堀井健太郎, 佐藤瞬亮, 保原麗, 遠藤由大, 福山寛, 平原徹, 小森文夫, 長谷川修司
    • 学会等名
      日本物理学会 2021年秋季大会
  • [学会発表] Local Effect of Surface Reconstruction on Superconducting Monolayer FeSe on SrTiO3 √13×√132021

    • 著者名/発表者名
      SI WEN, TOMOAKI TANAKA, SATORU ICHINOKURA, TORU HIRAHARA
    • 学会等名
      日本物理学会 2021年秋季大会
  • [学会発表] Caインターカレート誘起フリースタンディンググラフェンにおける構造と超伝導の相関2021

    • 著者名/発表者名
      遠山晴子, 秋山了太, 佐藤瞬亮, 遠藤由大, 保原麗, 堀井健太郎, 橋爪瑞葵, 一ノ倉聖, 平原徹, 飯盛拓嗣, 小森文夫, 松井朋裕, 福山寛, 長谷川修司
    • 学会等名
      日本表面真空学会 2021年度関東支部講演大会
  • [学会発表] Intercalation-induced superconductivity in graphene2021

    • 著者名/発表者名
      Satoru Ichinokura
    • 学会等名
      2nd International Meeting on Thin Film Interfaces, Surfaces and Composite Crystals
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2022-12-28  

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