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。

在这项研究中，我们建立了一种方法，用于形成由多层石墨元素的纳米层结构组成的方法，这些基础的纳米材料结构在随机层中层压，并使用局部Plasmon效应在Terahertz带中开发表面增强的拉曼散射（SERS）设备。在2022年，我们在反应性气体气氛中开发了一个超高的温度加热装置。这研究了使用以下两种方法与湍流层层合成多层石墨。要实施的项目（1）使用实心模板通过蒸气 - 固相生长合成多层石墨烯；要实施的项目（2）通过还原和氧化石墨烯的结构修复来合成多层石墨烯。在项目1中，直径超过100 nm的石墨烯通过在1300℃下加热在二维中成功生长，使用六边形的硝酸硼与固体模板与固体模板相同的周期性结构，并以固体模板和乙醇气体为碳原材料。二维岛的六边形形状构成锯齿形边缘末端表面，表明它是单个晶体。据揭示，heterophane der waals在六角硼硼酸盐上首次由heterophane der waals晶体生长。在项目（2）中，通过加热和还原氧化石墨烯处理多层石墨烯的薄膜的合成。在这里发现，通过向项目（1）低浓度的乙醇气体提供乙醇气体，可以有效地修复氧化过程中形成的缺陷结构。结果，揭示了降低的石墨烯场效应晶体管的迁移率为300 cm2/vs或更多，并且可以获得极好的出色电导率特性。通过使用角度分辨的光电子光谱法对还原石墨烯氧化物薄膜进行电子结构分析来证实线性色散特性。这些结果表明，这项研究中针对的多层石墨烯对在Terahertz设备中的应用有效。