局在スピン検出に向けた走査電気磁気効果複合顕微法（ＳＥＭＥＭ）の開発

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26600009
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 青木 伸之 千葉大学, 融合科学研究科(研究院), 准教授 (60312930)
• 研究分担者: 落合 勇一 千葉大学, 融合科学研究科(研究院), 名誉教授 (60111366)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 走査磁気電気複合顕微法 / 走査ゲート顕微法 / 磁気力顕微法 / 静電気力顕微法 / チューニングフォーク

研究実績の概要

本研究の目的は，電場で誘起される局在スピンの検出に向けて，走査ゲート顕微法（SGM）と磁気力顕微法（MFM）を両立させた『走査電気磁気効果複合顕微法（SEMEM）』の開発に挑戦することにある。原子間力顕微鏡（AFM）の導電性探針からの局所電場変調による試料の伝導度変化（SGM）を進化させ，走査ゲートスペクトロスコピー（SGS）に拡張する。さらに探針に強磁性コート探針を用いることで局在スピンモーメントの検出応答（MFM）を同時にマッピングし，スピン局在現象の観察に適用する。これにより，半導体量子ポイントコンタクトで観測される非整数段現象（0.7構造）や近藤効果，局在スピン共鳴現象といった，未解明なスピン局在現象の解明へとつなげることをめざした。
本年度は昨年度に引き続き，チューニングフォーク型のAFMの整備を行い，大気中のみならず真空中での動作の確認に至った。SGM観察に関しては，大気中でのMoS2-FETの観察を進め，チャネル内に連続的なSGM応答を観測し，そこでは大きな電圧降下が生じていることを見いだした。対照実験により，電子線照射によってバンドギャップが変化している可能性を示唆する結果が得られ，MoS2における新しい特性変調法として現在研究を進めている。また，グラフェン量子ドットに関してMFMとEFMの同時観察を進め，通常のEFMとは異なる応答が観察されてきているが，MFMとEFMの応答を分離することが難しく，これらの現象の解釈には更なる研究が必要である。

研究成果

• [国際共同研究] ニューヨーク州立大学バッファロー校(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: ニューヨーク州立大学バッファロー校
• [国際共同研究] 成均館大学(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: 成均館大学
• [国際共同研究] 国立台湾大学/国立嘉儀大学(台湾)
  • 国名: その他の国・地域
  • 外国機関名: 国立台湾大学/国立嘉儀大学
• [雑誌論文] Probing weak localization in chemical vapor deposition graphene wide constriction using scanning gate microscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: C. Chuang, M. Matsunaga, F-H. Liu, T-P. Woo, N. Aoki, L-H. Lin, B-Y. Wu, Y. Ochiai and C-T. Liang
  • 雑誌名: Nanotechnology 巻: 27 ページ: 075601-1-7
  • DOI: doi:10.1088/0957-4484/27/7/075601
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Imaging coherent transport in chemical vapor deposition graphene wide constriction by scanning gate microscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: Chiashain Chuang, Masahiro Matsunaga, Fan-Hung Liu, Tak-Pong Woo, Li-Hung Lin, Kenichi Oto, Yuichi Ochiai, Chi-Te Liang and Nobuyuki Aoki
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 108 ページ: 123105-1-4
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4944637
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Detecting weak coupling in mesoscopic systems with a nonequilibrium Fano resonance (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Xiao, Y. Yoon, Y.-H. Lee, J. P. Bird, Y. Ochiai, N. Aoki, J. L. Reno, and J. Fransson
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 93 ページ: 165435-1-13
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.93.165435
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Charge Trapping in Monolayer and Multilayer Epitaxial Graphene (2016)
  • 著者名/発表者名: Chieh-I Liu, Pengjie Wang, Jian Mi, Hsin-Yen Lee, Chi Zhang, Xi Lin, Chiashain Chuang, Nobuyuki Aoki, Randolph E. Elmquist, and Chi-Te Liang
  • 雑誌名: Journal of Nanomaterials 巻: 2016 ページ: 7372812-1-4
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1155/2016/7372812
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Metal-Insulator Transition in the Quasi-One-Dimensional Transport of Fractional Quantum Hall States (2015)
  • 著者名/発表者名: Shaohua Xiang, Kazuhiro Fuji, Shun Sato, Shiran Xiao, Jonathan P. Bird, Nobuyuki Aoki and Yuichi Ochiai
  • 雑誌名: J. Phys.: Condens. Matter 巻: 27 ページ: 202201-1-6
  • DOI: doi:10.1088/0953-8984/27/20/202201
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] Imaging coherent transport in chemical vapor deposition grapheme wide constriction by scanning gate microscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: Chianshain Chung, Masahiro Matsunaga, Fan-Hung Liu, Tak-Pong Woo, Li-Hung Lin, Bi-Yi Wu, Yuichi Ochiai, Chi-Te Liang, Nobuyuki Aoki
  • 学会等名: 日本物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学
  • 年月日: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [学会発表] 走査ゲート顕微法によるMoS2トランジスタの動作機構の解析2 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松永正広, 樋口絢香, Guanchen He, Jonathan P. Bird, 落合勇一, 青木伸之
  • 学会等名: 日本物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学
  • 年月日: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [学会発表] 走査ゲートによるMoS2トランジスタの視覚化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 樋口 絢香, 松永 正広, He Guanchen, Bird Jonathan, 落合 勇一, 青木 伸之
  • 学会等名: 第50回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2016-02-19 – 2016-02-22
• [学会発表] Scanning gate imaging of MoS2 transistors (2015)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Matsunaga, Ayaka Higuchi, Guanchen He, Yuichi Ochiai, Jonathan Bird and Nobuyuki Aoki
  • 学会等名: International Symposium on Advanced Nanodevices and Nanotechnology 2015 (ISANN2015)
  • 発表場所: Hawaii, U.S.A.
  • 年月日: 2015-11-30 – 2015-12-04
  • 国際学会
• [学会発表] 走査ゲート顕微法による結合量子ドットにおける伝導の観察 (2015)
  • 著者名/発表者名: 鈴木敦士, 佐藤駿, グエン・タン・ルーン, 松永正広, 向笠直紀, 鬘谷俊介, J. P. Bird, 落合勇一, 青木伸之
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学
  • 年月日: 2015-09-16 – 2015-09-19
• [学会発表] 走査ゲート顕微法によるMoS2トランジスタの動作機構の解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松永正広, 樋口絢香, G. He, J. P. Bird, 落合勇一, 青木伸之
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学
  • 年月日: 2015-09-16 – 2015-09-19
• [学会発表] Visualization of the Schottky Barrier in MoS2 Field Effect Transistor Using Scanning Gate Microscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Matsunaga, H. Guanchen, J. P. Bird, Y. Ochiai, and N. Aoki
  • 学会等名: 21st International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS-21)
  • 発表場所: Sendai
  • 年月日: 2015-07-26 – 2015-07-31
  • 国際学会
• [図書] 詳説 半導体物性 (2016)
  • 著者名/発表者名: David K. Ferry著，落合勇一，関根智幸，青木伸之 共訳
  • 総ページ数: 229
  • 出版者: コロナ社