走査トンネル顕微/分光法によるグラフィンおよび関連新物質の物性研究

利用扫描隧道显微镜/光谱技术研究石墨烯及相关新材料的物理性质

• 批准号: 10J09589
• 负责人: 河合 直樹
• 金额: $ 0.45万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J09589/
• 关键词: グラフェン; 走査トンネル顕微分光法; 低温; 希ガス

本研究は近年大きな注目を集めるグラフェン(グラファイト単原子層シート)のマクロな輸送特性とミクロな原子構造とを繋ぐ局所的電子状態の解明、そしてグラフェンの表面装飾による新たな機能発現の探索という2点を目的としている。この目的の下、平成22年度は以下の2課題に取り組み,各々成果を挙げた。1Xe表面吸着によるグラフェンの電子構造制御グラフェンのデバイス応用を見据えると、ゼロギャップ半導体であるグラフェンへのバンドギャップ誘起は大きな課題である。本研究ではグラフェンの表面露出性を利用し、その表面への原子吸着によるバンドギャップ誘起を試みている。本年度は予備実験としてグラファイト表面へXe原子を低温吸着させ、in situ走査トンネル顕微/分光(STM/STS)測定により同表面を評価した。結果、グラファイト表面上で√3×√3超格子構造をとるXe単原子層膜の作製に成功し、同表面での△=1V程度のギャップ形成を確認した。本結果は吸着基板をグラフェンへと変更した際にもギャップが形成されることを強く示唆しており,原子吸着によるグラフェンの電子状態制御へと繋がるものである。2超低温走査トンネル顕微鏡(ULT-STM)の改良による性能向上グラフェンは表面に露出した2次元系であり、その局所的電子状態の解明にはSTM/STS測定が有効である。福山研究室はこれまで独自に複合極限環境下で動作するULT-STMを開発してきた。本年度はグラフェン内局所電子状態密度観測に向け,本装置に対して(1)超伝導磁石更新による最大印加磁場の増強、(2)試料ステージ除振機構の設計/製作/搭載による測定安定性の向上、(3)UHVチェンバー排気系周辺部の除振機構強化による測定安定性の向上という各改良を施した。これらの改良により、今後より強磁場中でより安定したグラフェンのSTM/STS測定が可能となった。

This study focuses on the exploration of new functional developments in recent years, including the study of transport characteristics, atomic structure, electronic state, surface decoration and surface decoration. In 2012, the following 2 topics were selected and their respective achievements were recorded. The electronic structure of Xe surface adsorption and its application in semiconductor have been studied. In this study, we try to use the surface exposure property of the particles and the atomic adsorption property of the particles on the surface This year, we have prepared for the evaluation of surface Xe atoms by low temperature adsorption, in situ detection, micro/spectroscopic (STM/STS) measurements. As a result, the formation of Xe single atomic layer film with a 3× 3 superlattice structure on the surface was successfully confirmed. The results show that the electronic state control of the adsorption substrate is very important. 2. The improved performance of ultra-low temperature micromirrors (ULT-STM) can be improved by the STM/STS measurement. Fukuyama Research Laboratory has developed its ULT-STM system to operate independently in complex extreme environments. This year, in order to improve the measurement of electron state density in the inner part of the system, the device has been improved for (1) the increase of maximum magnetic field during the renewal of the superconducting magnet,(2) the improvement of stability measurement during the design/manufacture/installation of the vibration elimination mechanism for the sample, and (3) the improvement of stability measurement during the enhancement of vibration elimination mechanism at the periphery of the UHV vibration elimination system. The STM/STS measurement is possible in high magnetic field.