Clarification of Dirac electron properties on the 3D curved graphene

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本年度は、3次元名の多孔質グラフェン(3Dグラフェン)のディラック中性点近傍の低温電気伝導物性を明らかにすることを目的として、3Dグラフェン電気重層ゲルトランジスタの作製を低温電気伝導物性の測定を行った。デバイス作成条件を最適化した結果、ゲート電圧を印加した状態で、サーマルサイクルに対して安定に動作する3Dグラフェン電気２重層トランジスタを作製可能になった。この結果をもとに、曲率半径が50-150nmの3Dグラフェンと窒素を部分置換した3D-Nグラフェントランジスタを作製し、各ゲート電圧における2Kから200Kの領域の電気伝導の測定を実施した。3Dグラフェントランジスタの測定からは、特にディラック中性点領域で、その他の領域とは異なる電気伝導度の温度依存性と磁場依存性を観測した。3D-Nグラフェントランジスタの測定からは、非周期曲面への窒素部分置換において期待される不均一なドーピングと高濃度置換領域における曲面の変形に由来したアーバックテール状態の形成により、グラフェンの金属的なチャネルと局在準位が共存した特異な電子状態が実現することが明らかになった。この電子状態は、触媒反応に使用できる局在した電子が大面積の3Dグラフェン上に広く分布しており、これらの領域に、金属的な伝導チャネルを介して継続的に電子を供給できることから、大面積の3Dグラフェン表面を舞台とした触媒電極・触媒担体の開発に非常に有利な電子状態が実現していることが明らかになった。