魔法角捩れ三層グラフェンにおける超伝導対称性の解明

阐明魔角扭曲三层石墨烯的超导对称性

• 批准号: 22K03523
• 负责人: 田縁 俊光
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03523/
• 关键词: 捩れグラフェン; 超伝導; メソスコピック; 原子層; グラフェン; モアレ

結晶方位をある角度だけずらして積層させる捩れグラフェンは、超伝導に代表される興味深い物性が発見されて以来爆発的に研究が進展している。捩れ角が魔法角と呼ばれる角度をなすときに形成される孤立した非常に狭いバンド幅を持つ平坦バンドがこれらの物性の舞台となる。積層の枚数が増えるにつれて積層の自由度が増え、特に魔法角捩れ三層グラフェンMATTGにおいて発現する超伝導はペアリング対称性がスピン三重項状態を形成している可能性が示唆されており、注目されている。本研究の目的はこのMATTGのペアリング対称性の解明である。初年度である2022年度は効率的に捩れグラフェン試料を作製するための条件を決定することである。まず従来型のエッジ検出法や現代的なニューラルネットワークによる検出法による画像認識を用いて単層グラフェンを検出するシステム開発を行った。結果として、検出成功率は十分ではないもののグラフェンを検出することに成功した。次に試料整形に必要なエッチング装置で化学エッチングが起こる条件決定を行った。ターゲット試料は機械的に劈開したグラファイト結晶と六方晶窒化ホウ素(hBN)の薄片を上からこの順に積層した複合試料である。これをシリコン基板上に転写して、レジストやメタルで部分的にマスクをした試料を準備した。物理エッチングが起こるとターゲット試料のみならず基板もエッチングされてデバイス不良が起こり、パターニングに使用するレジストが硬化してリフトオフ困難となる問題がある。そこで化学エッチングを実現するためバレル型プラズマエッチング装置で出力を絞った加工を試みた。結果として、レジスト硬化の問題は解決したが、物理エッチングと化学エッチングが両方起こっており、実際化学エッチングのみが起こった場合に期待される選択的エッチング（グラファイトとhBNでエッチングレートが異なる）は実現しなかった。

扭曲石墨烯是由晶体取向偏移一定角度的层堆叠而成的，自从发现其有趣的物理特性（以超导性为代表）以来，它经历了爆炸性的研究。这些特性的阶段是当扭转角形成称为魔角的角度时形成的孤立的、非常窄的、平坦的带。随着堆叠层数的增加，堆叠的自由度增加，特别是魔角扭曲三层石墨烯MATTG中出现的超导性表明配对对称性可能形成自旋三重态，这一点引起了人们的关注。已经完成了。本研究的目的是阐明 MATTG 的配对对称性。第一年，即 2022 年，将确定高效生产扭曲石墨烯样品的条件。首先，我们开发了一种使用传统边缘检测方法和现代神经网络检测方法的图像识别来检测单层石墨烯的系统。结果，他们成功地检测到了石墨烯，尽管检测成功率还不够。接下来，我们确定了使用样品成型所需的蚀刻设备进行化学蚀刻的条件。目标样品是复合样品，其中机械劈裂的石墨晶体和六方氮化硼（hBN）薄片从上方按顺序堆叠。将其转移到硅基板上并制备部分用抗蚀剂或金属掩蔽的样品。当发生物理蚀刻时，不仅目标样品而且基板也被蚀刻，导致器件故障，并且用于图案化的抗蚀剂变硬，使得剥离变得困难。因此，为了实现化学蚀刻，我们尝试使用降低输出的桶型等离子体蚀刻装置进行加工。结果，抗蚀剂硬化问题得到了解决，但同时发生了物理蚀刻和化学蚀刻，并且没有实现仅发生化学蚀刻时所期望的选择性蚀刻（石墨和六方氮化硼的蚀刻速率不同）。 't。

项目成果

薄膜グラファイトにおける磁場に周期的な抵抗振動とゲート電圧に対する依存性

薄膜石墨中磁场中的周期性电阻振荡及其对栅极电压的依赖性

• 发表时间: 2022
• 作者: 田縁俊光;長田俊人
• 通讯作者: 長田俊人

強磁場下において薄膜グラファイトが示す磁場に周期的な抵抗振動と膜厚依存性

强磁场下薄膜石墨表现出的周期性电阻振荡和膜厚对磁场的依赖性

• 发表时间: 2023
• 作者: 田縁俊光;Kisw;hi Andhika;長田俊人
• 通讯作者: 長田俊人