Valence band evaluation of graphene using in-situ photoelectron spectroscopy with non-monochromatic He I line

非単色化He I線を用いたその場観察光電子分光によるグラフェン価電子帯評価

小川 修一*; 山田 貴壽*; 多賀 稜*; 吉越 章隆 ; 高桑 雄二*

Ogawa, Shuichi*; Yamada, Takatoshi*; Taga, Ryo*; Yoshigoe, Akitaka; Takakuwa, Yuji*

グラフェン表面への吸着物はグラフェンの電子状態を変調させるが、吸着物脱離に伴う電子状態変化過程の研究は少ない。これはグラフェンの電子状態評価には高輝度放射光や単色化したHe I共鳴線を用いた角度分解光電子分光(ARPES)が主に利用されているが、ARPESは長時間の測定が必要とされ、温度変化に伴う電子状態変化に追随できないためである。本研究では高輝度な非単色化He I共鳴線を用いたグラフェン価電子帯評価方法を開発し、吸着物脱離に伴う電子状態変化の研究への適用について検討した。非単色化He I共鳴線には21.22eV以外にも23.08eVや23.74eVの高エネルギー成分が含まれている。温度増加によるフェルミ準位強度の増加を観測した。フェルミ準位の強度変化はグラフェン表面の吸着物脱離に由来していることが明らかとなり、その変化は高輝度放射光によるXPS測定結果と一致した。このことから、高強度のHe I共鳴線を用いてグラフェン表面からの吸着物脱離による電子状態変化を追跡することが可能となった。

The molecular adsorption on graphene causes the modulation of conductivity of graphene, so that the application of graphene for gas sensors are expected. To evaluate the type of conductivity of graphene by photoelectron spectroscopy (PES), the angle-resolved PES is widely used. However, ARPES measurements have been performed usually in synchrotron facility or using monochromatic ultraviolet light. In this study, we try to evaluate the valence band of graphene using angle-integrated PES using non-monochromatic He I line in order to evaluate the changes of valence band of graphene during adsorption and/or desorption of molecules. As summary, we can measure the changes of shift of Fermi level depending on the temperature by using filter based on Fourier transform. This change is caused by desorption of absorbed molecules on graphene, and we can follow up the change because of using high-intensity non-monochromatic He I resonance line.