Research Abstract
幅5 nm未満のグラフェンナノリンクルにおいて構造に駆動される一次元電子閉じ込め
Structurally driven one-dimensional electron confinement in sub-5-nm graphene nanowrinkles
2015年10月23日 Nature Communications 6 : 8601 doi: 10.1038/ncomms9601
フラーレン、カーボンナノチューブ、グラフェンなどのグラフェン系炭素材料は、次元性と幾何構造に依存する独特な電子物性を示す。過去に、グラフェンシートにおいて、擬一次元構造のグラフェンリンクル（しわ）が観察されている。しかし、リンクルの幅が広いため一次元的な電子物性は観測されなかった。今回我々は、Ni(111)上に成長させたグラフェンシートにおける、一次元電子閉じ込めを可能にする幅の狭いグラフェンナノリンクルの独特な電子構造について報告する。我々は、空間分解走査トンネル分光法を用いて、グラフェンナノリンクルにおけるバンドギャップの開きと一次元ファンホーブ特異性を観測するとともに、グラフェンナノリンクルの化学ポテンシャル分布を明らかにした。これらの観測結果から、一枚のグラフェンシートで金属-半導体-金属接合が実現可能になることがわかる。今回のグラフェンにおける一次元電子閉じ込めの実証は、化学的修飾ではなく「機械的構造化」によって電子物性を制御する新しい可能性を開くものである。
Hyunseob Lim, Jaehoon Jung, Rodney S. Ruoff & Yousoo Kim
Corresponding Author
Graphene-based carbon materials such as fullerenes, carbon nanotubes, and graphenes have distinct and unique electronic properties that depend on their dimensionality and geometric structures. Graphene wrinkles with pseudo one-dimensional structures have been observed in a graphene sheet. However, their one-dimensional electronic properties have never been observed because of their large widths. Here we report the unique electronic structure of graphene nanowrinkles in a graphene sheet grown on Ni(111), the width of which was small enough to cause one-dimensional electron confinement. Use of spatially resolved, scanning tunnelling spectroscopy revealed bandgap opening and a one-dimensional van Hove singularity in the graphene nanowrinkles, as well as the chemical potential distribution across the graphene nanowrinkles. This observation allows us to realize a metallic-semiconducting-metallic junction in a single graphene sheet. Our demonstration of one-dimensional electron confinement in graphene provides the novel possibility of controlling its electronic properties not by chemical modification but by ‘mechanical structuring’.
