Precise control of single- and bi-layer graphene growths on epitaxial Ni(111) thin films

Ni(111)エピタキシャル薄膜上の単層・2層グラフェンの精密層数制御

圓谷 志郎; 松本 吉弘; 大伴 真名歩; Avramov, P.; 楢本 洋*; 境 誠司

Entani, Shiro; Matsumoto, Yoshihiro; Otomo, Manabu; Avramov, P.; Naramoto, Hiroshi*; Sakai, Seiji

近年、グラフェンなどのナノカーボンを用いたスピントロニクスが注目されている。これらの材料ではスピン-軌道相互作用が小さいことからスピン拡散長が増大し、その結果高いスピン輸送特性の実現が期待されている。本論文では、グラフェンの成長条件の最適化を行い、グラフェン層数の精密制御法を確立した。サファイア基板上にNi(111)薄膜をエピタキシャル成長した。同試料を600Cに保持した状態で前駆体となるベンゼンガスを曝露しグラフェンを成長した。グラフェンの層数・結晶構造は原子間力顕微鏡及びラマン分光によりそれぞれ評価した。単層・2層の精密制御を行うことにより、グラフェンへのドーピング状態が均一になることを明らかにした。さらに、電子エネルギー損失分光によりグラフェン/Ni(111)を調べた結果、同界面における強い相互作用の存在を明らかにした。

analysis was performed on the graphene growth in ultrahigh vacuum chemical vapor deposition by exposing the epitaxial Ni(111) thin film to benzene vapor at 873 K. It is shown that the highly uniform single- and bi-layer graphenes can be synthesized by the control of benzene exposure in the range of 10-10 langmuirs, reflecting a change in the graphene growth-rate by three orders of magnitude in between the first and second layer. Electron energy loss spectroscopy measurements of single- and bi-layer graphenes indicates that the interface interaction between bi-layer graphene and Ni(111) is weakened in comparison with that between single-layer graphene and Ni(111). It is also clarified from the micro-Raman analysis that the structural and electrical uniformities of the graphene film transformed on a SiO substrate are improved remarkably under the specific exposure conditions at which the growths of single- and bi-layer graphenes are completed.