日比野浩樹1 水野清義2 影島博之3
1機能物質科学研究部 2九州大学 3量子電子物性研究部
数層グラフェン (FLG) が、その優れた電気伝導特性から、次世代エレクトロニクス材料として注目を集めている。SiCの熱分解により形成するエピタキシャルFLGは、容易にスケールアップが可能で、デバイス集積の観点で有望である。我々は、これまでに、低エネルギー電子顕微鏡
(LEEM) により、エピタキシャルFLGの層数をミクロに決定する技術を確立し[1]、数µmサイズで層数の均一な2層グラフェンの成長に成功してきた。今回は、暗視野LEEM法を用いて明らかになった、2層グラフェンに現われるドメイン構造を報告する[2]。
図1に、4H-SiC (0001) 基板上に成長した主に2層のグラフェンのLEEM像を示す。2層グラフェンは、(0,0) 鏡面反射ビームを用いた明視野LEEM像［図1(a)］では、均一に見えるものの、グラフェンの (1,0) および (0,1) 回折ビームを用いた暗視野LEEM像［図1(b)、(c)］には、2種類のドメインが観察される。それらのコントラストは、(1,0) と (0,1) 暗視野LEEM像において反転しており、2層グラフェンが3回対称な2種類のドメインを含んでいることがわかる。1層グラフェンは6回対称で、単位胞中に2個の炭素原子（AとB）を含む。一方、2層グラフェンは、図2の模式図で示すように3回対称で、A原子の真上へB’原子が積層するAB積層と、B原子の真上へA’原子が積層するBA積層（AC積層と呼ぶことが多い）の2種類の積層構造を取りうる。従って、実験で観察された2種類のドメインは、ABおよびAC積層に対応することが推察される。そこで、連続的に電子線のエネルギーを変化させながら取得した暗視野LEEM像から、2種類のドメインの暗視野LEEM像強度のエネルギー依存性を測定し、バルクグラファイトに対して計算した (1,0) および、(0,1) の低エネルギー電子回折強度のエネルギー依存性と比較した。両者は良い一致を示し、2層グラフェンが積層ドメインを含むことが明らかとなった。積層ドメイン構造は、FLG中のキャリアの伝導特性に影響を及ぼすことが考えられ、今後、その形成メカニズムの解明と単一ドメイン化に取り組む。
本研究は科研費の援助を受けて行われた。
[1] H. Hibino et al., Phys. Rev. B 77 (2008) 075413.
[2] H. Hibino et al., Phys. Rev. B 80 (2009) 085406.
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