グラフェン/SiC界面への水素侵入のその場観察による機構解明

通过原位观察阐明氢进入石墨烯/SiC界面的机制

• 批准号: 18H05955
• 负责人: 寺澤 知潮
• 金额: $ 1.91万
• 依托单位: Japan Atomic Energy Agency
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-08-24 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18H05955/
• 关键词: グラフェン; 熱放射光; SiC; その場観察; Au; バンド構造; 熱放射; 光学顕微鏡; インターカレーション

本研究はグラフェン/SiC界面への水素侵入の機構解明の研究を遂行した。本研究で用いる熱放射光学顕微鏡を実際に研究を実施する原子力研究開発機構に移設した。また、SiC試料を加熱するための試料ホルダーを作製し、SiC表面とグラフェンの界面に存在する共有結合が水素侵入によって切断されグラフェンが形成する過程のその場観察を行った。水素雰囲気下で加熱中のSiC試料の表面を反射光を用いて観察したところ、SiCのステップに由来するコントラストが観察されたことから、試料ホルダー及び光学系は問題なく構築できたことがわかった。また、グラフェンが形成する間に熱放射光のコントラストが得られなかったことを確認した。これは観察に用いたCMOSカメラの観察波長がバッファ層のバンドギャップである1eVの熱放射光に対応していないためであり、当初の研究計画の通り、近赤外線カメラの導入が必要であることがわかった。更に、本研究の対照実験としてAu基板上にグラフェンを作製しグラフェン/Au界面と水素の相互作用についても研究を行った。その結果、特にAu(100)表面においてHex-Au(100)の再構成を生じた場合にグラフェンのバンド構造が変調を受けグラフェンの熱放射強度が低下することが示唆された。この結果は、グラフェンの熱放射光強度がバンド構造の変化に敏感であることを示しており、グラフェン/SiCの系においても水素侵入に伴う構造変化が1eV以下のエネルギー領域においてバンド構造を変調させれば、近赤外線カメラによってコントラストの変化が観察可能であることを示唆している。

在本研究中，我们进行了研究以阐明氢侵入石墨烯/SiC界面的机制。本研究中使用的热发射光学显微镜已转移到日本原子能机构，该研究将在那里实际进行。我们还制作了一个样品架来加热 SiC 样品，并原位观察了由于氢侵入而破坏 SiC 表面和石墨烯界面上的共价键而形成石墨烯的过程。当使用反射光观察在氢气气氛中加热的SiC样品的表面时，观察到来自SiC台阶的对比度，这表明样品支架和光学系统的构造没有任何问题。还证实在石墨烯的形成过程中没有获得热辐射对比。这是因为用于观察的CMOS相机的观察波长并不对应于1eV的热辐射，即缓冲层的带隙，而按照原来的研究计划，需要引入近红外我明白了。此外，作为本研究的对照实验，我们在金基板上制备了石墨烯，并研究了石墨烯/金界面与氢之间的相互作用。结果表明，特别是当Au(100)表面发生Hex-Au(100)重构时，石墨烯的能带结构发生调制，石墨烯的热辐射强度降低。该结果表明，石墨烯的热辐射强度对能带结构的变化敏感，并且在石墨烯/SiC系统中，由于氢渗透而导致的结构变化调节了低于1 eV的能量区域的能带结构，这表明这种变化。相反，可以使用近红外相机观察。

项目成果

低放射率金属基板上におけるグラフェン成長の熱放射によるその場観察

利用热辐射原位观察低辐射率金属基底上石墨烯的生长

• 发表时间: 2018
• 作者: Yumoto K.;et.al.;寺澤知潮，小幡誠司，保田諭，斉木幸一朗，朝岡秀人
• 通讯作者: 寺澤知潮，小幡誠司，保田諭，斉木幸一朗，朝岡秀人

Effect of hydrogen on chemical vapor deposition growth of graphene on Au substrates

• DOI: 10.7567/1347-4065/ab19ae
• 发表时间: 2019-06
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: Tomo-o Terasawa;Takanobu Taira;S. Yasuda;Seiji Obata;K. Saiki;H. Asaoka

Radiation-mode Optical Microscopy for CVD Growth of Graphene on Gold

金上石墨烯 CVD 生长的辐射模式光学显微镜

• 发表时间: 2018
• 作者: Tomo-o Terasawa;Takanobu Taira;Seiji Obata;Satoshi Yasuda;Koichiro Saiki;and Hidehito Asaoka
• 通讯作者: and Hidehito Asaoka

グラフェンの結晶成長のふく射光によるその場顕微観察

使用辐射光原位显微观察石墨烯晶体生长

• 发表时间: 2018
• 作者: T. Doura;T. Nishio;F. Tamanoi;M. Nakamura;寺澤知潮,斉木幸一朗,保田諭,朝岡秀人
• 通讯作者: 寺澤知潮,斉木幸一朗,保田諭,朝岡秀人

Electronic band modification of graphene by surface reconstruction of Au (001)

通过 Au (001) 表面重构对石墨烯进行电子能带修饰

• 发表时间: 2019
• 作者: Tomo-o Terasawa;Satoshi Yasuda;Naoki Hayashi;Wataru Norimatsu;Takahiro Ito;Shinichi Machida;Masahiro Yano;Koichiro Saiki;and Hidehito Asaoka
• 通讯作者: and Hidehito Asaoka