３次元曲面グラフェンにおけるトポロジーの物性

三维弯曲石墨烯的拓扑物理性质

基本信息

批准号：
19J15245
负责人：
岡本拓也
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J15245/
关键词：
グラフェンディラック電子系原子層材料電子物性

项目摘要

本研究では、2次元材料のグラフェンが3次元曲面化された3次元曲面グラフェンの新規物性を探求することを目的とする。この材料は、2次元材料であるグラフェンが3次元ネットワーク状に張り巡らされた構造で構成されており、Dirac fermionが3次元空間に広がった2次元曲面上で動き回るという、ユニークな物理描像を有する。本年度においては、昨年度の実験結果の解釈並びに考察を主に行った。中でも興味深いDirac pointでの巨大負の磁気抵抗効果に関して、強局在の観点から議論を行った。具体的には、グラフェン膜がランダムに向いている際の不均一磁場中Landau準位と、Landau準位のゼロモードに着目し、巨大負の磁気抵抗効果の物理的背景を明らかにした。また、昨年度に観測した局所赤外光応答を解釈するために、一旦近接場光顕微鏡自体の性質を調査した。実験では、計測対象が有する光学活性現象の面外成分を支配的にプローブしていることが実証された。この結果を考慮すると、昨年度の近接場光学顕微鏡の結果は3次元曲面グラフェンの高曲率部分に熱が効率良く局在していることを示していると帰結され、トポロジー由来特有の現象を高い空間分解計測で直接観測したことに対応する。更にこの結果を踏まえ、3次元トポロジー効果に由来する光熱/熱電変換の依存性を示すことをも達成した。

这项研究的目的是探索3D弯曲石墨烯的新物理特性，它是通过将2D材料石墨烯转化为3D表面而创建的。这种材料由石墨烯（一种 2D 材料）的 3D 网络组成，具有狄拉克费米子在 3D 空间中展开的 2D 曲面上移动的独特物理图像。今年，我们主要集中于解读和考虑去年的实验结果。我们从强局域化的角度讨论了狄拉克点特别有趣的巨负磁阻效应。具体来说，我们重点研究了石墨烯薄膜随机取向时非均匀磁场中的朗道能级以及朗道能级的零模式，阐明了巨负磁阻效应的物理背景。此外，为了解释去年观察到的局部红外响应，我们研究了近场光学显微镜本身的特性。实验表明，主要探测了测量目标的光学活性现象的面外分量。考虑到这一结果，可以得出结论，去年的近场光学显微镜结果表明，热量有效地集中在三维弯曲石墨烯的高曲率部分，并且可以在高空间中观察到拓扑特有的现象这对应于通过分解测量直接观察到的结果。基于这一结果，我们还成功证明了三维拓扑效应产生的光热/热电转换的依赖性。