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2022 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 / 強磁性
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。昨年度、Li侵入グラフェンの層数を増加させると、それ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明らかになった。本年度はこの内容を論文として投稿し、PHYSICAL REVIEW B誌に受理された。さらにこの系で実際に強磁性が発現するのか検証するために磁化検出手法の開発を進めた。この物質は大気中で不安定であるため、超高真空中で測定を行う必要がある。一つ目の方法として4点プローブ法を用いた磁場中電気伝導測定による異常ホール効果測定がある。ホール効果測定自体が初の試みであったため、まずは、Li侵入グラフェンのような多数キャリア系の通常ホール成分を検出できるか、テストを行った。その結果、10^21/cm^3のキャリア密度があっても十分な精度でホール効果を検出できることが分かった。さらに、異常ホール成分がある場合にはゼロ磁場付近で発生するヒステリシスを精度よく測定する必要があるため、ホール効果の磁場依存性を自動測定するプログラムの開発を進めている。これらの装置開発と並行して、Li侵入グラフェン以上のスピン偏極率が期待される、Mn侵入グラフェンの合成を試みた。その結果、Mnの侵入を示唆する結果を電子回折実験で得ることができた。次年度は異常ホール効果測定系を完成させ、Li及びMn侵入グラフェンが強磁性を示すのか検証を行う予定である。

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

Li侵入グラフェンのフラットバンドのエネルギーが層数によって制御できることがわかった。これは当初の計画での期待を超える成果である。また、装置開発と並行して他元素が侵入したグラフェンの合成を試みた結果、Mnを侵入させられることがわかった。Mnはd軌道を価電子とする遷移元素であるため、磁性発現への期待がかかる。従って、研究は当初の計画以上に進展していると言える。

今後の研究の推進方策

次年度は異常ホール効果測定系を完成させ、Li及びMn侵入グラフェンが強磁性を示すのか検証を行う。4点プローブに加え、試料基板端の固定用電極を電流導入端子として利用できるように改良し、計6端子とする。さらに磁場依存性を高精度で測定するため、磁場の制御と電流-電圧測定を全自動で行うプログラムを開発する。これらを用いて、Li及びMn侵入グラフェンのホール係数の磁場依存性を測定する。強磁性が発現すれば、磁場掃引に対してヒステリシスが生じるはずである。

次年度使用額が生じた理由

異常ホール効果測定を交流法で行うため、ロックインアンプを計上していた。しかし、予備測定として通常ホール効果を測定したところ、非常に小さな電圧まで直流法で測定できることがわかったため、ロックインアンプの購入を見合わせ、その分が次年度使用額に回った。この金額は、新たに合成に成功したMn侵入グラフェンの特性を明らかとするための試料原料費、出張実験旅費等に宛てる。

  • 研究成果

    (20件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 2件)

  • [国際共同研究] Universitat Zurich(スイス)

    • 国名
      スイス
    • 外国機関名
      Universitat Zurich
  • [雑誌論文] Efficiency of electron doping to monolayer hexagonal boron nitride by alkali metals2023

    • 著者名/発表者名
      Ichinokura S.、Hemmi A.、Cun H.、Tanaka K.、Shimizu R.、Hitosugi T.、Greber T.、Hirahara T.
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 122 ページ: 071601~071601

    • DOI

      10.1063/5.0140074

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Temperature dependence of the superconducting gap of single-layer FeSe/SrTiO3: Direct comparison between transport and spectroscopic measurements2022

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

      Physical Review Materials

      巻: 6 ページ: 124801

    • DOI

      10.1103/physrevmaterials.6.124801

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Modifying the Interface between the Solvated Ionic Liquid Electrolyte and Positive Electrode to Boost Lithium-Ion Battery Performance2022

    • 著者名/発表者名
      Deng Jun、Nishio Kazunori、Ichinokura Satoru、Watanabe Yuki、Edamura Kurei、Nakayama Ryo、Shimizu Ryota、Hirahara Toru、Hitosugi Taro
    • 雑誌名

      ACS Applied Energy Materials

      巻: 5 ページ: 10891~10896

    • DOI

      10.1021/acsaem.2c01533

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Van Hove singularity and Lifshitz transition in thickness-controlled Li-intercalated graphene2022

    • 著者名/発表者名
      Ichinokura S.、Toyoda M.、Hashizume M.、Horii K.、Kusaka S.、Ideta S.、Tanaka K.、Shimizu R.、Hitosugi T.、Saito S.、Hirahara T.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 105 ページ: 235307

    • DOI

      10.1103/physrevb.105.235307

    • 査読あり
  • [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

  • [学会発表] Caがインターカレートした2層グラフェンにおけるCa-3d軌道の価電子帯への寄与2023

    • 著者名/発表者名
      一ノ倉聖、豊田雅之、德田啓、田中清尚、斎藤晋、平原徹
    • 学会等名
      日本物理学会2023年春季大会
  • [学会発表] 磁性トポロジカル絶縁体MnBi2Te4サンドイッチ構造の電子構造とその温度依存性2023

    • 著者名/発表者名
      石原和宜, 出高志朗, 一ノ倉聖, 田中清尚, 平原徹
    • 学会等名
      日本物理学会2023年春季大会
  • [学会発表] 超伝導体C6CaC6とSiC基板の界面Caが誘起する金属的バンドと転移温度の上昇2023

    • 著者名/発表者名
      德田啓, 一ノ倉聖, 豊田雅之, 田中清尚, 斎藤晋, 平原徹
    • 学会等名
      日本物理学会2023年春季大会
  • [学会発表] SrTiO3基板上の単層FeSeの電子輸送による超伝導転移と電子状態測定による超伝導"ギャップ"の比較2022

    • 著者名/発表者名
      出高志朗、田中友晃、一ノ倉聖、平原徹
    • 学会等名
      表面・界面スペクトロスコピー2022
  • [学会発表] Ca インターカレート 2 層グラフェンに 過剰な Ca が誘起する自由電子バンド2022

    • 著者名/発表者名
      一ノ倉聖、豊田雅之、德田啓、田中清尚、斎藤晋、平原徹
    • 学会等名
      UVSORシンポジウム
  • [学会発表] Substrate-induced Broken C4 Symmetry and Gap Variation in Superconducting Monolayer FeSe/SrTiO3 - √13 ×√132022

    • 著者名/発表者名
      Si Wen, Tomoaki Tanaka,Satoru Ichinokura, Toru Hirahara
    • 学会等名
      2nd International Symposium on Trans-Scale Quantum Science
    • 国際学会
  • [学会発表] Vを用いたBi2Se3の磁気拡張の試みと電子状態測定2022

    • 著者名/発表者名
      石原和宜, 福嶋隆司朗, 一ノ倉聖, 田中清尚, 平原徹
    • 学会等名
      第5回日本表面真空学会若手部会研究会
  • [学会発表] Vを用いたBi2Se3の磁気拡張の試みと電子状態測定2022

    • 著者名/発表者名
      石原和宜, 福嶋隆司朗, 一ノ倉聖, 田中清尚, 平原徹
    • 学会等名
      2022年日本物理学会秋季大会
  • [学会発表] Caインターカレート2層グラフェンに過剰なCaが誘起する自由電子バンド2022

    • 著者名/発表者名
      德田啓, 一ノ倉聖, 豊田雅之, 田中清尚, 斎藤晋, 平原徹
    • 学会等名
      2022年日本物理学会秋季大会
  • [学会発表] SrTiO3基板上の単層FeSeの臨界電流による超伝導ギャップの推定2022

    • 著者名/発表者名
      出高志朗, 田中友晃, 一ノ倉聖, 平原徹
    • 学会等名
      2022年日本物理学会秋季大会
  • [学会発表] Van Hove Singularity in Thickness Controlled Li-Intercalated Graphene2022

    • 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
      IVC-22
    • 国際学会
  • [学会発表] Substrate-induced Broken C4 Symmetry and Gap Variation in Superconducting Monolayer FeSe/SrTiO3 - √13 ×√132022

    • 著者名/発表者名
      Si Wen, Tomoaki Tanaka, Satoru Ichinokura, Toru Hirahara
    • 学会等名
      日本表面真空学会 2022年関東支部講演会
  • [学会発表] Caインターカレート2層グラフェンに過剰な Ca が誘起する自由電子バンド2022

    • 著者名/発表者名
      徳田啓, 一ノ倉聖, 田中清尚, 平原徹
    • 学会等名
      日本表面真空学会 2022年関東支部講演会
  • [学会発表] V を用いた Bi2Se3の磁気拡張の試みと電子状態測定2022

    • 著者名/発表者名
      石原和宜, 福嶋隆司朗, 田中清尚, 平原徹
    • 学会等名
      日本表面真空学会 2022年関東支部講演会

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公開日: 2023-12-25  

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