研究課題
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。
1: 当初の計画以上に進展している
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、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。
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。
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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)
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