Verification of ferromagnetism in Li-intercalated graphene

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。

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。