注目の研究

グラファイト系炭素材料の特異な性質を発見 ~平坦な表面に無磁場下で現れるランダウ準位~

2015/11/09

筑波大学数理物質系 近藤剛弘准教授、中村潤児教授らは、同、郭東輝(Donghui Guo)研究員、岡田晋教授らと共同で、窒素原子をドーピングしたグラファイトの原子レベルで平坦な表面において、無磁場下にもかかわらず約100テスラもの超高磁場を2層グラフェンに垂直に印加した場合に相当するランダウ準位が出現することを、詳細な計測から明らかにしました。

これまで無磁場下で生成するランダウ準位の起源としては、歪(ひずみ)が引き起こす擬磁場が議論されてきましたが、今回歪の無い原子レベルで平坦な表面でランダウ準位が観測され、歪以外の起源で生成するランダウ準位の存在が初めて明らかとなりました。我々が過去に提唱したドメインモデルと呼ばれる無磁場下でのランダウ準位発生のメカニズムを支持する結果となり、電子デバイスや触媒の新しい材料として期待されているグラフェンなどのグラファイト系炭素材料の特異な性質が新たに見出されました。

 

図 a, 窒素ドープグラファイト表面のSTM像.b, STM像中のA~Dの各点上で測定したSTSスペクトル.通常のグラファイトには表れないピークが複数存在しており,それぞれ0~±3でラベル付したピーク位置が2層グラフェンに垂直に約100テスラの外部磁場を印可した際に出現するランダウ準位のエネルギー位置と一致することがわかりました。c, STM像中の破線のラインプロファイル。原子の凹凸以外に歪に由来する凹凸が存在しておらず原子レベルで平坦であることを示しています。d, STSスペクトルのピーク位置(縦軸)を2層グラフェンのランダウ準位(横軸)と照らし合わせた図(横軸のnがピークにラベル付した0~±3の値に対応します)。