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Development of THz surface enhanced Raman scattering devices based on nanogap structures composed of multilayer graphene

基于多层石墨烯纳米间隙结构的太赫兹表面增强拉曼散射器件的研制

基本信息

批准号：
22K04865
负责人：
根岸良太
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Toyo University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究では、乱層積層した多層グラフェンのナノギャップ構造からなるメタマテリアルの形成法を確立し、局所プラズモン効果を利用したテラヘルツ帯の表面増強ラマン散乱（SERS）デバイスを開発する。2022年度では、反応性ガス雰囲気における超高温加熱装置を開発した。これにより、次の２つのアプローチから乱層積層した多層グラフェンの合成を検討した。実施項目（１）固体テンプレートを用いた気相-固相成長による多層グラフェンの合成、実施項目（２）酸化グラフェンの還元・構造修復による多層グラフェンの合成。実施項目（１）において、固体テンプレートとしてグラフェンと同じ周期構造を有する六方晶窒化ホウ素フレークを固体テンプレートとして、エタノールガスをカーボン原料とした1300℃の加熱処理により、直径100nmを超えるグラフェンの２次元の成長に成功した。２次元島の形状が六角形であることからジグザグ型のエッジ終端面を構成しており、単結晶であることを示唆している。六方晶窒化ホウ素上にヘテロファンデルワールスエピタキシーにより初めてグラフェンが結晶成長することを明らかにした。項目（２）では、酸化グラフェンの加熱還元処理により、多層グラフェンの薄膜の合成を実施した。ここで、項目（１）に対して1/10以下の低濃度のエタノールガスを供給することにより、酸化過程で生成した欠陥構造が効率的に修復することを見出した。その結果、還元したグラフェン電界効果型トランジスタの移動度が300cm2/Vs以上を示し、極めて優れた伝導特性が得られることを明らかにした。角度分解型光電子分光測定による還元型酸化グラフェン薄膜の電子構造解析から、線形性の分散特性を確認した。これらの結果は、本研究の目指す多層グラフェンがテラヘルツデバイスへの応用に有効であることを示している。

In this study, the formation method of multi-layer SERS structure was established, and the effect of multi-layer SERS structure was developed. In 2022, the ultra-high temperature heating device was developed. This is the second time that we have discussed the synthesis of random layers and multilayer structures. Implementation Items (1) Synthesis of multilayer coatings for solid phase growth and solid phase growth; Implementation Items (2) Synthesis of multilayer coatings for acidification and structural repair. In the implementation of the project (1), the solid state temperature rise and the periodic structure have been successfully developed by the hexagonal crystal temperature rise and the solid state temperature rise and the temperature rise and the diameter of the raw material are 1300℃ and 100nm respectively. 2. The shape of the dimensional island is hexagonal, and the terminal surface of the dimensional island is crystalline. Hexagonal crystal growth Item (2): The synthesis of multi-layer thin films by heat reduction treatment of acidizing film. For example, item (1) shows that the acidification process produces a low concentration of carbon dioxide and its recovery rate is lower than 1/10. As a result, the mobility of the electric field effect is more than 300 cm2/Vs, and the excellent conductivity is obtained. The electronic structure analysis and linear dispersion characteristics of the reduced-type acidified graphene thin film were confirmed for angle-resolved photoelectron spectroscopy. The results of this study indicate that there is a need for multi-layer communication.