単層グラフェン量子ホール状態の集団励起モードの観測

2008 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19540337
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 新井 敏一 Kyoto University, 低温物質科学研究センター, 助教 (80333318)
• Keywords: グラフェン / 量子ホール効果 / 2次元電子 / ディラック粒子 / 集団励起

Research Abstract

有限の領域に閉じこめられた2次元電子でおこる特徴的な集団振動励起であるエッジマグネトプラズモンを使ってグラフェン2次元電子のエッジ状態を調べる目的で、試料の作成および観察を2通りの方法で行った。ひとつは、膨張黒鉛を材料としていくつかの化学プロセスを経て細長いリボン状のグラフェン試料(グラフェンナノリボン)を作成した。できた試料を原子間力顕微鏡で観察すると、幅100nm以下、長さ数μm程度のグラフェンナノリボンが得られていることが確認できた。我々のグラフェンナノリボンは厚さが1-5nm程度で、これは炭素1層ないし数層に対応するものである。また、これらはエッジの構造が原子スケールでなめらかであることもわかった。我々はグラフェン2次元電子のエッジ状態を調べるためのきわめて良質な試料を手に入れることに成功した。現段階では、グラフェンナノリボンの収率が思うように上がっていない。収率をあげることが課題である。もうひとつの試料は、シリコンカーバイドの熱分解によって試料表面にグラフェン層を析出させる方法で作成したエピタキシャルグラフェンである。できた試料をSTMで観察した。表面全体にグラフェン層が生成していることを確認した。観察する場所によって原子の配向が異なってしまっていることおよび材料のシリコンカーバイド結晶のステップの位置でグラフェンの構造が安定しないことなど、いくつかの課題も見つかった。熱分解するときの雰囲気などに工夫が必要である。

Research Products

• [Journal Article] Actication Study of the Pseudospin in the υ=1 Bilayerr Quantum Hall Effect (2009)
  • Author(s): A. Fukuda, D. Terasawa, M. Morino, K. Iwata, S. Kozumi, Y. Ogasawara, T. Arai, N. Kumada, Y. Hirayama, Z. F. Ezawa, A. Sawada
  • Journal Title: J. Phys. : Conference Series 150 Pages: 022012
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Anomalous Magnetotransport in the Layer Imbalanced υ=1 Bilayer Quantum Hall State (2009)
  • Author(s): Y. Ogasawara, A. Fukuda, K. Iwata, T. Sekikawa, T. Arai, N. Kumada, Y. Hirayama, Z. F. Ezawa, A. Sawada
  • Journal Title: J. Phys. : Conference Series 150 Pages: 022068
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Conductivity Measurement of Helium Surface Electron in the Coexistence of Adsorbed 2D Atomic Hydrogen Gas (2009)
  • Author(s): T. Arai, S. Yamanaka, H. Yayamaa, A Fukuda, A Sawada
  • Journal Title: J. Phys. : Conference Series 150 Pages: 022068
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Actication Study of the bilayer υ=1/3 quantum Hall state (2008)
  • Author(s): A. Fukuda, K. Iwata, T. Sekikawa, T. Arai, N. Kumada, Y. Hirayama, Z. F. Ezawa, A. Sawada
  • Journal Title: Physica E 40 Pages: 1261-1263
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electron attachment to atomic hydrogen on the surface of liquid 4He (2008)
  • Author(s): T. Arai, H. Yayama, K. Kono
  • Journal Title: Low Temperature Physics 34 Pages: 397-403
  • Peer Reviewed
• [Presentation] グラフェンナノリボンの試料作成 (2009)
  • Author(s): 西中川良平, 新井敏一, 寺嶋孝仁, 福田昭, 澤田安樹
  • Organizer: 京都大学低温物質科学研究センター第7回研究交流会
  • Place of Presentation: 京都大学百周年時計台記念館国際交流ホール
  • Year and Date: 2009-03-13
• [Presentation] 2層系υ=1量子ホール状態におけるソリトン格子相の熱励起 (2009)
  • Author(s): 福田昭, 寺澤大樹, 森野正行, 古住信介, 岩田一樹, 小笠原良晃, 新井敏一, 澤田安樹
  • Organizer: 京都大学低温物質科学研究センター第7回研究交流会
  • Place of Presentation: 京都大学百周年時計台記念館国際交流ホール
  • Year and Date: 2009-03-13
• [Presentation] 電子密度差のある2層系υ=1量子ホール状態における活性化エネルギーの測定 (2009)
  • Author(s): 小笠原良晃, 福田昭, 岩田一樹, 関川貴史, 新井敏一, 澤田安樹
  • Organizer: 京都大学低温物質科学研究センター第7回研究交流会
  • Place of Presentation: 京都大学百周年時計台記念館国際交流ホール
  • Year and Date: 2009-03-13
• [Presentation] ヘリウム液面電子におけるエツジマグネトプラズモン共鳴線幅の異常なふるまい (2009)
  • Author(s): 新井敏一, 山中修司, 磯山総一郎, 西中川良平, 矢山英樹, 福田昭, 澤田安樹
  • Organizer: 京都大学低温物質科学研究センター第7回研究交流会
  • Place of Presentation: 京都大学百周年時計台記念館国際交流ホール
  • Year and Date: 2009-03-13
• [Presentation] Novel Quantum Phases in the Bilayer Quantum Hall States (2008)
  • Author(s): A. Fukuda, D. Terasawa, M. Morino, K. Iwata, S. Kozumi, T. Arai, A. Sawada
  • Organizer: 科学研究費補助金特定領域研究「スーパークリーン物質で実現する新しい量子相の物理」研究成果報告会
  • Place of Presentation: 奈良県新公会堂
  • Year and Date: 2008-12-20
• [Presentation] Electron density profile dependence of edge-magnetoplasmon in surface-satate electrons in linquid helium (2008)
  • Author(s): S. Isoyama, S. Yamanaka, R. Nishinakagawa, A. Fukuda, T. Arai, H. Yayama, A. Sawada
  • Organizer: 科学研究費補助金特定領域研究「スーパークリーン物質で実現する新しい量子相の物理」研究成果報告会
  • Place of Presentation: 奈良県新公会堂
  • Year and Date: 2008-12-20
• [Presentation] Quest for the Josephson-like Phenomenon in the Bilayer Quantum Hall State by Microwave Irradiation (2008)
  • Author(s): S, Isuaa, I. Ogasawa, A. Fukuda, K. Iwata, T. Arai, A. Sawada
  • Organizer: 科学研究費補助金特定領域研究「スーパークリーン物質で実現する新しい量子相の物理」研究成果報告会
  • Place of Presentation: 奈良県新公会堂
  • Year and Date: 2008-12-20
• [Presentation] Preparation of Smooth Edge Graphene Nanoribbon Samples (2008)
  • Author(s): R. Nishinakagawa, T. Arai, T. Terashima, A. Fukuda, A. Sawada
  • Organizer: 科学研究費補助金特定領域研究「スーパークリーン物質で実現する新しい量子相の物理」研究成果報告会
  • Place of Presentation: 奈良県新公会堂
  • Year and Date: 2008-12-19
• [Presentation] ヘリウム液面電子におけるエッジマグネトプラズモンの振動モード切り替わり (2008)
  • Author(s): 新井敏一, 山中修司, 矢山英樹, 福田昭, 澤田安樹
  • Organizer: 日本物理学会2008年秋季大会
  • Place of Presentation: 岩手大学上田キャンパス
  • Year and Date: 2008-09-22
• [Presentation] 2層系量子ホール状態における磁気抵抗のマイクロ波応答 (2008)
  • Author(s): 小笠原良晃, 福田昭, 津田是文, 岩田一樹, 新井敏一, 関川貴史, 熊田倫雄, 平山祥郎, 江澤潤一, 澤田安樹
  • Organizer: 日本物理学会2008年秋季大会
  • Place of Presentation: 岩手大学上田キャンパス
  • Year and Date: 2008-09-20
• [Presentation] Conductivity Measurement of Helium Surface Electron in the Coexistence of Adsorbed 2D Atomic Hydrogen Gas (2008)
  • Author(s): T. Arai, S. Yamanaka, H. Yayama, A. Fukuda, A. Sawada
  • Organizer: 25th International Conference on Low Temperature Physics (LT25)
  • Place of Presentation: RAI Conference Center, Amsterdam, Netherland
  • Year and Date: 2008-08-11
• [Presentation] Activation study of the Pseudospin in the υ=1 Bilayer Quantum Hall Effect (2008)
  • Author(s): A. Fukuda, D. Terasawa, M. Morino, K. Iwata, S. Kozumi, Y. Ogasawara, T. Arai, N. Kumada, Y. Hirayama, Z. F. Ezawa, A. Sawada
  • Organizer: 25th International Conference on Low Temperature Physics (LT25)
  • Place of Presentation: RAI Conference Center, Amsterdam, Netherland
  • Year and Date: 2008-08-07
• [Presentation] Anomalous Magnetotransport in the Layer Imbalanced υ=1 Bilayer Quantum Hall State (2008)
  • Author(s): Y. Ogasawara, A. Fukuda, K. Iwata, T. Sekikawa, T. Arai, N. Kumada, Y. Hirayama, Z. F. Ezawa, A. Sawada
  • Organizer: 25th International Conference on Low Temperature Physics (LT25)
  • Place of Presentation: RAI Conference Center, Amsterdam, Netherland
  • Year and Date: 2008-08-07
• [Presentation] Crossover of edge excitation modes of a helium surface electron (2008)
  • Author(s): Toshikazu Arai
  • Organizer: International Workshop on Electrons on Helium : Towards Single Electron Manipulation
  • Place of Presentation: RIKEN Wako-shii, Japan
  • Year and Date: 2008-04-08