魔法角捩れ三層グラフェンにおける超伝導対称性の解明

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結晶方位をある角度だけずらして積層させる捩れグラフェンは、超伝導に代表される興味深い物性が発見されて以来爆発的に研究が進展している。捩れ角が魔法角と呼ばれる角度をなすときに形成される孤立した非常に狭いバンド幅を持つ平坦バンドがこれらの物性の舞台となる。積層の枚数が増えるにつれて積層の自由度が増え、特に魔法角捩れ三層グラフェンMATTGにおいて発現する超伝導はペアリング対称性がスピン三重項状態を形成している可能性が示唆されており、注目されている。本研究の目的はこのMATTGのペアリング対称性の解明である。初年度である2022年度は効率的に捩れグラフェン試料を作製するための条件を決定することである。まず従来型のエッジ検出法や現代的なニューラルネットワークによる検出法による画像認識を用いて単層グラフェンを検出するシステム開発を行った。結果として、検出成功率は十分ではないもののグラフェンを検出することに成功した。次に試料整形に必要なエッチング装置で化学エッチングが起こる条件決定を行った。ターゲット試料は機械的に劈開したグラファイト結晶と六方晶窒化ホウ素(hBN)の薄片を上からこの順に積層した複合試料である。これをシリコン基板上に転写して、レジストやメタルで部分的にマスクをした試料を準備した。物理エッチングが起こるとターゲット試料のみならず基板もエッチングされてデバイス不良が起こり、パターニングに使用するレジストが硬化してリフトオフ困難となる問題がある。そこで化学エッチングを実現するためバレル型プラズマエッチング装置で出力を絞った加工を試みた。結果として、レジスト硬化の問題は解決したが、物理エッチングと化学エッチングが両方起こっており、実際化学エッチングのみが起こった場合に期待される選択的エッチング（グラファイトとhBNでエッチングレートが異なる）は実現しなかった。