Electron wave dynamics in ballistic transport device realized by BN and graphene system

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15F15314
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: 青木 伸之 千葉大学, 大学院工学研究院, 准教授 (60312930)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): CHUANG CHIASHAIN 千葉大学, 工学(系)研究科(研究院), 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2015-11-09 – 2018-03-31
• Keywords: グラフェン / 六方晶窒化ホウ素 / 量子伝導現象 / 化学気相成長法 / 走査ゲート顕微法 / エピタキシャルグラフェン

Outline of Annual Research Achievements

（１）化学気相成長（CVD）法で作製されたグラフェンに対して細線状に加工を行った試料を作製し、低温にて走査ゲート顕微法（SGM）による観察を行った。不規則性の強いCVDグラフェンであっても量子干渉効果が観測され、それらは磁場や電場およびホットキャリアによって変調可能であることを見出した。低磁場印加によるSGM像の変化に対しては弱局在現象と量子干渉効果に基づいて解析を進め、磁気振動から見積もられる干渉領域と広がりと、試料構造との関係を議論した。
（２）h-BN/単層グラフェン/h-BNサンドイッチ構造を有する試料の低温時期伝導現象を観測した。この構造により移動度は100,000 cm2/Vsまで劇的に上昇し、これにより準バリスティック伝導領域での量子干渉効果を議論することができるようになった。拡散伝導領域で観測されていたエルゴード理論（電場と磁場に対する伝導度ゆらぎが等価であるという理論）の破れが観測され、それがグラフェンにおける本質的な性質であることが示された。さらに磁場の印加により明瞭なシュブニコフ－ド・ハース振動が観測され、その解析からh-BN/グラフェン/h-BN系でのキャリアの位相緩和時間等について議論を行った。
（３）低キャリア密度のエピタキシャルグラフェンの低温磁気伝導について観測し、電子－電子相互作用による温度依存性や、バリアブルレンジホッピング伝導、電荷トラップ現象、化学ドーピングによる半導体／金属転移現象の観測に成功した。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] 国立台湾大学/国立嘉儀大学/国立中興大学(台湾)
  • Country Name: その他の国・地域
  • Counterpart Institution: 国立台湾大学/国立嘉儀大学/国立中興大学
• [Int'l Joint Research] アリゾナ州立大学/ニューヨーク州立大学バッファロー校(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: アリゾナ州立大学/ニューヨーク州立大学バッファロー校
• [Int'l Joint Research] 成均館大学(韓国)
  • Country Name: KOREA (REP. OF KOREA)
  • Counterpart Institution: 成均館大学
• [Journal Article] Hot carriers in CVD-grown graphene device with a top h-BN layer (2018)
  • Author(s): C. Chuang, M. Mineharu, N. Matsumoto, M. Matsunaga, C.-W. Liu, B.-Y. Wu, Gil-Ho Kim, L.-H. Lin, Y. Ochiai, K. Watanabe, T. Taniguchi, C.-T. Liang and N. Aoki
  • Journal Title: Journal of Nanomaterials Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Large, non-saturating magnetoresistance in single layer chemical vapor deposition graphene with an h-BN capping layer (2018)
  • Author(s): Chiashain Chuang, C.-T. Liang, Gil-Ho Kim, R.E. Elmquist, Y. Yang, Y.P. Hsieh, Dinesh K. Patel, K. Watanabe, T. Taniguchi, and N. Aoki
  • Journal Title: Carbon Volume: 136 Pages: 211-216
  • DOI: 10.1016/j.carbon.2018.04.067
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Shubnikov-de Haas measurements on a high mobility monolayer graphene flake sandwiched between boron nitride sheets (2017)
  • Author(s): Naoki Matsumoto, Masaaki Mineharu, Masahiro Matsunaga, Chiashain Chuang, Yuichi Ochiai, Kenichi Oto, Gil-Ho Kim, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, David K Ferry, Carlo R da Cunha and Nobuyuki Aoki
  • Journal Title: J. Phys.: Condens. Matter Volume: 29 Pages: 225301-1-6
  • DOI: 10.1088/1361-648X/aa6d36
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Hot carriers in disordered grapheme with hexagonal-boron Nitride and multi-layer graphene (2017)
  • Author(s): C. Chuang, M. Mineharu1, N. Matsumoto, M. Matsunaga,C.-W. Liu, B.-Y. Wu, G.-H. Kim, L.-H. Lin, Y.Ochiai, K. Watanabe, T. Taniguchi, Dinesh Kumar, C.-T. Liang, N. Aoki
  • Organizer: EDISON20(The 20th International Conference on Electron Dynamics in Semiconductors)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Thermal carriers in disorderedgrphene with hexagonal-Boron Nitride and multi-layer graphene (2017)
  • Author(s): Chuang Chiashain, Mineharu M., Matsunaga M., Liu C.-W., Wu B.-Y., Kim G.-H., Lin L.-H., Ochiai Y., Liang C.-T., Aoki N
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Remarks] 千葉大学大学院先進理化学専攻物質科学コース・青木研究室
  • URL: http://adv.chiba-u.jp/nano/qnd/index.html