構造緩和現象による1層グラフェン2次元モアレ超格子の作製と物性探索

利用结构弛豫现象制备单层石墨烯二维莫尔超晶格并探索物理性质

基本信息

批准号：
22KJ2445
负责人：
今村均
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2445/
关键词：
１次元周期リップルグラフェン擬磁場

项目摘要

令和4年度は6R3buffer層上ツイスト転写グラフェンを作製し、構造・電子状態の観察をおこなった。計画ではサンプルの作製及びラマン分光分析、LEED、SPA-LEEDを用いた歪み量の評価を行う予定であり、これらは達成された。ラマン分光分析からはマクロな歪み量が評価され、通常の熱分解法により作製される6R3buffer層上グラフェン（非ツイスト）と比較して歪み量が少ないことが確認された。LEED測定によりグラフェンは6R3buffer層に対して2度相互回転（ツイスト）していることが確認された。ラマン分光分析、LEED測定ができる程度の大面積なサンプルを作製できたことから、計画では令和5年度に行う予定だった東大物性研のARPESにて電子状態の観察を行った。その結果、グラフェンのディラックコーンにはTBGで見られたレプリカバンドやディラックコーンの変調は見られなかった。6R3buffer層は面直方向の構造の揺らぎが大きいことが知られており、TBGの場合と異なり転写グラフェンが十分に密着せず、当初予想していた構造・電子状態の意義ある変調が見られなかったものと考えられる。この結果から、当該の方法では目的のグラフェン2次元モアレ歪み超格子を得られないと判断し、異なる方法でグラフェンに周期歪みを導入することを目指した。グラフェンが1次元周期リップル構造を持つと歪みが1次元的に導入され、擬磁場によりフラットバンドが形成することが計算により予測されている。これは当初の課題と同様、量子多体効果の新しい場となる可能性がある。そこで、4H-SiCのm面が1次元的な1 nm周期の凹凸構造を持っていることに着目し、この上にグラフェンを転写することでグラフェンの1次元周期リップル構造化を目指した。

2020财年，我们在6R3缓冲层上制备了扭曲转移石墨烯，并观察了其结构和电子态。该计划是准备样品并使用拉曼光谱、LEED 和 SPA-LEED 评估变形量，这些目标已经实现。通过拉曼光谱评估宏观应变量，并确认应变量低于通过传统热分解方法生产的6R3缓冲层（非扭曲）上的石墨烯的应变量。 LEED 测量证实石墨烯相对于 6R3 缓冲层旋转（扭曲）两次。由于我们能够创建足够大的样本来执行拉曼光谱和 LEED 测量，因此我们决定在东京大学固体物理研究所的 ARPES 上观察电子态，该实验计划于 2025 年进行。结果，在 TBG 中看到的复制带和狄拉克锥调制在石墨烯狄拉克锥中没有观察到。已知6R3缓冲层在垂直方向上具有较大的结构波动，并且与TBG的情况不同，转移的石墨烯没有充分粘附，并且人们认为没有观察到最初预期的有意义的结构和电子状态调制。那基于这一结果，我们确定使用所讨论的方法无法获得所需的石墨烯二维莫尔应变超晶格，并旨在使用不同的方法将周期性应变引入石墨烯中。计算预测，如果石墨烯具有一维周期性波纹结构，则会一维引入应变，并通过赝磁场形成平带。与最初的问题类似，这可以为量子多体效应提供一个新领域。因此，我们着眼于4H-SiC的m面具有周期为1 nm的一维凹凸结构，旨在通过将石墨烯转移到其上来创建石墨烯的一维周期性波纹结构。