ディラックフェルミオンによる新奇な電気伝導現象の実験的解明

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本研究では、グラフェン中のディラックフェルミオンの性質を反映した物理現象の一つとして、歪み効果に注目した。グラフェンに局所1次元歪みがあると伝導ギャップが生成することが理論的に予測されている。H25年度は歪みによる電気伝導の変調の原因をさぐるために以下のことを行った。グラフェンの電気伝導率のゲート電圧依存性は、通常の歪みの無いグラフェンだとV字型の特徴を示すことが知られている。しかし、局所歪みを導入した試料では、V字型の電子側に対応する領域で傾きが減少する非対称性が現れた。この非対称性の原因として、ゲートキャパシタンスの空間変化、過剰な電子線照射、格子歪み、の影響が想定された。そこで、それぞれの影響を調べるための試料を作製し電気伝導測定をおこなった。その結果から、非対称性の原因はゲートキャパシタンスの空間変化や電子線照射の影響では無く、格子歪みである可能性が高いことがわかった。また、理論予測と比較し、漏れ電流のある伝導ギャップに対応する振る舞いが見られることと、漏れ電流の原因が電子の平均自由行程内での歪み量が不足していることを議論した。漏れ電流の原因としては、電子の平均自由行程内における歪みの変化量が不足していることが考えられた。次に、平均自由行程を短くする要因である電子線照射の影響を調べた。この研究では電子線照射がグラフェンの電気伝導に与える影響を定量的に明らかにすることを目的として、同一試料に対して、ラマン分光と電気伝導測定を行った。その結果、これまで見出されて無かったラマンスペクトル強度とキャリアの平均自由行程の間の関係式を求めることに成功した。現在、格子歪みを制御性良くグラフェンに導入できるのは、世界的に見ても我々のみである。伝導ギャップ生成が成功すれば、グラフェンの高速トランジスタへの応用を大きく前進させることができると思われる。