発表のポイント

• エピタキシャルグラフェンと化合物半導体材料のシリコンカーバイド（SiC）の界面において、ダングリングボンドを持った界面シリコン（Si）原子に由来する特徴的な低エネルギーのフォノンを世界で初めて発見しました。
• 走査トンネル顕微鏡によるナノスケール電流電圧測定と、第一原理計算による電子?フォノン状態解析を組み合わせて、界面の微細構造とフォノン物性を結びつけることに成功しました。
• 界面制御によるエピタキシャルグラフェンの輸送特性向上につながり、電界効果トランジスタなどの電子デバイス材料としての応用がより進むことが期待されます。

発表概要

　東北大学多元物質科学研究所 米田忠弘教授、東京大学大学院工学系研究科 南谷英美講師、物質材料研究機構 荒船竜一主任研究員、Donostia International Physics Center Thomas Frederiksen教授、東北大学電気通信研究所　吹留博一准教授らの研究グループは、シリコンカーバイド（SiC）上のエピタキシャルグラフェンにおいて、走査トンネル顕微鏡（STM）による電流測定に現れるフォノンのシグナルの空間依存性を高精度に測定し、SiC基板とグラフェンの界面に潜む低エネルギーフォノンの存在を明らかにしました。

　SiCの熱分解によるエピタキシャルグラフェン形成は高品質なグラフェンを絶縁体基板上に作成する方法として着目されていますが、グラフェン中での電子移動度が理論値よりも大幅に低下するという問題がありました。電子移動度が下がる重要な原因の一つが、基板とグラフェンの界面に存在するフォノンです。しかし、界面のフォノンを観測することは非常に難しく、その詳細は明らかになっていませんでした。今回の研究では、トンネル電子がフォノンと衝突することによってエネルギーを失う非弾性過程の空間依存性を測定するSTM実験と、界面構造と電子?フォノン状態の相関を第一原理計算によって明らかにすることによって、ダングリングボンドを持ったシリコン（Si）原子によって特徴的な界面フォノンが生じていることを解明しました。本研究成果は、界面制御によるグラフェンデバイス性能向上につながることが期待されます。

図　シリコンカーバイド（SiC）上のエピタキシャルグラフェンとその界面構造。茶色い球が炭素、青い球がシリコン原子に対応しています。

詳細（プレスリリース本文）

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