Fabrication of two-dimensional superconductors at the graphene/SiC interface by the intercalation technique

利用插层技术在石墨烯/SiC界面制备二维超导体

• 批准号: 22KJ1535
• 负责人: 榊原 涼太郎
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Nagoya 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-22KJ1535/
• 关键词: 二次元物質; グラフェン; 炭化ケイ素; インターカレーション; セレン化鉄

本研究の目的は、二次元超伝導物質FeSeをグラフェン/SiC界面に安定的に作製する手法を確立することである。令和3年度ではFeSe作製の前段階として、Feインターカレーションによるグラフェン/SiC界面でのFe二次元膜作製を試みた。令和4年度では引き続きFeインターカレーションに着目するとともに、得られた試料をSe雰囲気中で加熱するための装置の開発にも注力した。Feインターカレーションの実験手順としては、SiC単結晶基板の表面に均質に作製した炭素原子層に対してFe蒸着を行い、高真空中で加熱した。蒸着膜厚と加熱温度をパラメータとして条件検討を行った結果、Feインターカレーションのための最適な実験条件が明らかとなってきた。得られた試料に対して透過型電子顕微鏡を用いて界面構造の直接観察を行った結果、実際にグラフェン/SiC界面でFeが二次元的に形成していることが確認された。今後はより詳細な条件検討を行い、さらに高品質かつ均質な試料の作製を目指す。このような試料では磁気異方性や電子構造の変調といった興味深い物性が発現する可能性があるため、物性評価にも集中的に取り組む予定である。また、次のステップとして、Feインターカレーションを施した試料をSe雰囲気中で加熱する実験を行う予定であるが、そのための装置開発も行った。予備実験の結果、試料の表面に対してSeを反応させられることが明らかとなった。今後はこの装置の改良を進め、本研究の最終目標であるFeSe作製に本格的に取り組む。

本研究的目的是建立一种在石墨烯/SiC界面稳定制备二维超导材料FeSe的方法。在 2021 财年，作为 FeSe 制造的第一步，我们尝试通过 Fe 插层在石墨烯/SiC 界面上制造二维 Fe 薄膜。在 2020 财年，我们继续关注 Fe 嵌入，并专注于开发一种在 Se 气氛中加热所获得的样品的装置。在 Fe 插层的实验过程中，Fe 沉积在 SiC 单晶衬底表面上形成的均匀碳原子层上，并在高真空中加热。通过以沉积膜厚和加热温度为参数研究条件，Fe嵌入的最佳实验条件已经明确。使用透射电子显微镜直接观察所得样品的界面结构证实，Fe实际上在石墨烯/SiC界面处二维形成。未来，我们将进行更详细的条件检查，旨在生产出更高质量和均质的样品。由于此类样品可能表现出有趣的物理性质，例如磁各向异性和电子结构的调制，因此我们计划集中精力评估物理性质。此外，下一步，我们计划进行一项实验，将铁插层样品在 Se 气氛中加热，我们也为此开发了设备。初步实验表明，Se可能与样品表面发生反应。未来我们将继续完善该装置，致力于FeSe的规模化生产，这是本研究的最终目标。

项目成果

Microscopic mechanism of hydrogen intercalation in graphene/SiC (0001)

石墨烯/SiC (0001) 中氢插层的微观机制

• 发表时间: 2021
• 作者: Ryotaro Sakakibara;Wataru Norimatsu
• 通讯作者: Wataru Norimatsu

4H-SiC基板表面におけるステップアンバンチング現象

4H-SiC衬底表面台阶解聚现象

• 发表时间: 2022
• 作者: 榊原涼太郎;乗松航
• 通讯作者: 乗松航

Microscopic mechanism of hydrogen intercalation: On the conversion of the buffer layer on SiC to graphene

氢插层的微观机制：SiC缓冲层向石墨烯的转化

• DOI: 10.1103/physrevb.105.235442
• 发表时间: 2022
• 影响因子: 3.7
• 作者: Sakakibara Ryotaro;Norimatsu Wataru
• 通讯作者: Norimatsu Wataru