ディラックフェルミオンによる新奇な電気伝導現象の実験的解明

狄拉克费米子引起的新型导电现象的实验阐明

基本信息

批准号：
12J02369
负责人：
友利ひかり
金额：
$ 1.15万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012 至 2013
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、グラフェン中のディラックフェルミオンの性質を反映した物理現象の一つとして、歪み効果に注目した。グラフェンに局所1次元歪みがあると伝導ギャップが生成することが理論的に予測されている。H25年度は歪みによる電気伝導の変調の原因をさぐるために以下のことを行った。グラフェンの電気伝導率のゲート電圧依存性は、通常の歪みの無いグラフェンだとV字型の特徴を示すことが知られている。しかし、局所歪みを導入した試料では、V字型の電子側に対応する領域で傾きが減少する非対称性が現れた。この非対称性の原因として、ゲートキャパシタンスの空間変化、過剰な電子線照射、格子歪み、の影響が想定された。そこで、それぞれの影響を調べるための試料を作製し電気伝導測定をおこなった。その結果から、非対称性の原因はゲートキャパシタンスの空間変化や電子線照射の影響では無く、格子歪みである可能性が高いことがわかった。また、理論予測と比較し、漏れ電流のある伝導ギャップに対応する振る舞いが見られることと、漏れ電流の原因が電子の平均自由行程内での歪み量が不足していることを議論した。漏れ電流の原因としては、電子の平均自由行程内における歪みの変化量が不足していることが考えられた。次に、平均自由行程を短くする要因である電子線照射の影響を調べた。この研究では電子線照射がグラフェンの電気伝導に与える影響を定量的に明らかにすることを目的として、同一試料に対して、ラマン分光と電気伝導測定を行った。その結果、これまで見出されて無かったラマンスペクトル強度とキャリアの平均自由行程の間の関係式を求めることに成功した。現在、格子歪みを制御性良くグラフェンに導入できるのは、世界的に見ても我々のみである。伝導ギャップ生成が成功すれば、グラフェンの高速トランジスタへの応用を大きく前進させることができると思われる。

在这项研究中，我们重点关注应变效应作为反映石墨烯中狄拉克费米子特性的物理现象之一。理论上预测，当石墨烯存在局部一维应变时，会产生导通间隙。 2012年度，为了调查应变引起的电传导调制的原因，进行了以下的调查。众所周知，石墨烯电导率的栅极电压依赖性在正常的未应变石墨烯中表现出 V 形特征。然而，在引入局部应变的样品中，出现了不对称性，其中与V形的电子侧相对应的区域中斜率减小。这种不对称的原因被认为是栅极电容的空间变化、过度的电子束照射和晶格畸变。因此，我们准备了样品并测量了电导率，以研究每种样品的影响。结果表明，不对称的原因可能是晶格应变，而不是栅极电容的空间变化或电子束照射的影响。此外，通过与理论预测的比较，我们发现了与具有漏电流的导通间隙相对应的行为，并讨论了漏电流的原因是电子平均自由程应变不足。漏电流的原因被认为是电子平均自由程内的应变变化量不足。接下来，我们研究了电子束照射的影响，这是缩短平均自由程的一个因素。在这项研究中，我们对同一样品进行了拉曼光谱和电导率测量，以定量阐明电子束辐照对石墨烯电导率的影响。结果，我们成功地找到了迄今为止尚未发现的拉曼光谱强度与载流子平均自由程之间的关系表达式。目前，我们是世界上唯一一家能够将晶格应变良好控制地引入石墨烯的公司。导通间隙的成功产生可以显着推进石墨烯在高速晶体管中的应用。