注目物質“グラフェン”におけるパリティ効果を世界で初めて確立

接合数の偶数・奇数で電流の流れが全く異なる新しい現象

2015.06.30

国立大学法人　大阪大学
国立大学法人　京都大学
国立研究開発法人　物質・材料研究機構 (NIMS)

大阪大学、東京大学、京都大学とNIMSからの研究グループの共同研究により、グラフェン中に形成されたpn接合での量子ホール状態の輸送現象にパリティ効果があることを理論的に予測し、実験によって検証することに成功しました。

概要

小林研介(大阪大学大学院理学研究科教授)と松尾貞茂 (東京大学大学院工学系研究科助教) は、小野輝男(京都大学化学研究所教授)および塚越一仁 (物質・材料研究機構国際ナノアーキテクトニクス研究拠点主任研究者) らの研究グループとの共同研究により、金属と半導体の両方の性質を持つグラフェン (単層グラファイト) 中に形成されたpn接合での量子ホール状態の輸送現象にパリティ効果があることを理論的に予測し、実験によって検証することに成功しました。グラフェンは、特異な電子構造に起因する豊富な電子物性とその応用可能性のため、非常に注目を集めている物質です。

このパリティ効果は、光学干渉計で起きる現象と強い類似性を持つため、今後グラフェンにおける量子干渉素子の形成における指導原理となることが期待されます。

本研究成果は、2015年6月30日 (英国時間) に「Scientific Reports」のオンライン版に発表される予定です。

「プレスリリースの図 : 　(a)はpn接合が偶数個のとき、(b)は奇数個のときの量子ホール端状態を流れる電流を示しています。この二つ場合の伝導度が質的に異なることを本研究では報告しています。(c)はパリティ実証に用いたグラフェン試料の光学顕微鏡写真です。拡大図の白線で囲んだ部分がアンチドットを持つグラフェン (グラファイト) で、αとβがトップゲート電極です。この試料ではpn接合が0,1,2,3本の場合を実現できます。」の画像

プレスリリースの図 : 　(a)はpn接合が偶数個のとき、(b)は奇数個のときの量子ホール端状態を流れる電流を示しています。この二つ場合の伝導度が質的に異なることを本研究では報告しています。(c)はパリティ実証に用いたグラフェン試料の光学顕微鏡写真です。拡大図の白線で囲んだ部分がアンチドットを持つグラフェン (グラファイト) で、αとβがトップゲート電極です。この試料ではpn接合が0,1,2,3本の場合を実現できます。