Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
鈴木 誠也
no journal, ,
Germanene is a two-dimensional (2D) allotrope of germanium (Ge), with a honeycomb lattice similar to that of graphene. Theoretical calculations have predicted that germanene is a 2D topological insulator with a moderate spin-orbit bandgap (~24 meV), which is desirable for next-generation electronic devices. The growth of germanene has been reported on single crystal metal surfaces, such as Au, Al, and Ag in ultra-high vacuum. However, there are no reports of electronic devices using germanene. One of the main reasons for this is the chemical instability of germanene, which hinders its device fabrication. To overcome the instability of germanene, we present the direct growth of germanene at the graphene/Ag(111) and hexagonal boron nitride (h-BN)/Ag(111) interfaces. Our growth process consists of transfer a cap layer (graphene or h-BN) on Ag(111)/Ge(111) followed by heating in N
at ambient pressure. The grown germanene is stable in air, so that Raman spectra of germanene can be recorded using an ordinary ex situ Raman microscope. The Raman spectra of the samples after heating up to 550 
C, we found two new Raman peaks at 155 and 255 cm
. With density functional theory calculations, we assigned these Raman peaks are the out-of-plane (155 cm) and in-plane (255 cm) vibrational modes of germanene. It was also found that van der Waals materials as the cap layer are the key to germanene growth, since germanene was not grown with a cap layer of AlO
, which is an ordinary metal oxide insulator.
鈴木 誠也; 根本 善弘*; 椎木 菜摘*; 中山 佳子*; 竹口 雅樹*
no journal, ,
Germanene is a two-dimensional (2D) germanium (Ge) analogous of graphene, and its unique topological properties are expected to be a material for next-generation electronics. Germanene has already been grown on various metal surfaces by molecular beam epitaxy and segregation methods, but transferring it onto insulator surface to fabricate electronic devices is difficult in contrast to graphene. One potential solution is to grow germanene directly on the interface of the insulator. Based on this concept, we have grown germanene at the hexagonal boron nitride (hBN)/Ag(111) interface and demonstrated that germane at the interface is stable. Since hBN is an insulator, direct growth of germanene between hBN provides a promising channel for germanene devices. In this work, we studied the crystallization of Ge between graphene layers at high temperatures using in situ transmission electron microscopy (TEM). Graphene was used as an alternative material for hBN. The Ge sandwiched by 4 layer graphenes was prepared onto an in situ TEM holder using chemical vapor deposited graphene, vacuum deposition of Ge, and wet transfer of graphene. The Raman spectrum of the sample indicated less defective graphene is present after the sample preparation. In situ TEM observation at 1025 degree Celsius revealed that round-shaped Ge moves, deforms, and coalesces at the temperature above the melting point of Ge. The observed motion of Ge indicates that the Ge was in liquid phase and its evaporation was suppressed by graphene layers. Although more novel ideas are needed to achieve 2D crystal growth of Ge at the interface, the present results may provide clues for the future direct growth of germane between hBN layers.
鈴木 誠也; 勝部 大樹*; 矢野 雅大; 津田 泰孝; 寺澤 知潮; 朝岡 秀人; 柚原 淳司*; 吉越 章隆
no journal, ,
ゲルマネンはゲルマニウム(Ge)の単原子ハニカムシートで、トポロジカルな性質を利用した電子デバイス応用が期待される。ゲルマネンは超高真空下でAu, Al, Agなどの単結晶表面に合成できるが、大気中で酸化してしまうため応用が困難である。我々の研究チームでは、ゲルマネンのデバイス化を実現するために絶縁体/ゲルマネン界面の形成に焦点を当てている。本研究では、Ag(111)/Ge(111)基板から超高真空中での加熱(約500
C)で析出したゲルマネン(初期析出: initial growth)を酸化させ、清浄な酸化物/ゲルマネン界面の形成を目指した。さらに初期析出したゲルマネンを一旦酸化後、超高真空中で加熱することでGe酸化物が消失し、ゲルマネンを再度形成できることが分かった。この再形成したゲルマネンの表面は、炭素不純物が初期成長時より少なく、酸化ゲルマネンの加熱還元によって清浄なゲルマネンを形成可能であることが分かった。発表では酸素雰囲気中加熱の影響や、大気曝露の影響についても報告する。
鈴木 誠也; 寺澤 知潮; 勝部 大樹*; 矢野 雅大; 津田 泰孝; 柚原 淳司*; 吉越 章隆; 朝岡 秀人
no journal, ,
Ag薄膜からのゲルマネン析出は加熱時間を長くしてもGe析出量が変化しないことが分かっている。これは、析出したGeが一旦Ag表面を埋め尽くすと、さらなるGe析出が阻害されることを示唆している。ゲルマネンの層数で自己組織的に安定することはメリットである一方、多層化が難しいことは制御性の課題と言える。そこで本研究では偏析ゲルマネン上へのGe薄膜を追加蒸着とアニールを行うことで多層化について検討した。
寺澤 知潮; 鈴木 誠也; 勝部 大樹*; 矢野 雅大; 津田 泰孝; 吉越 章隆; 朝岡 秀人
no journal, ,
Ge原子の単層ハニカム格子であるゲルマネンは直線的なバンド分散と23.9meVのバンドギャップの両立が理論的に予測されており、次世代半導体材料として期待される。Ge(111)基板にAgを蒸着し超高真空下で加熱する手法で高品質ゲルマネンを作製するプロセスにおいて、真空槽内でのその場Raman散乱分光によるGe原子の挙動の観察によるゲルマネン成長機構の解明を目的とした。その結果、300C付近でGe原子がsp3Geとして結晶化するが、500C付近ではまた結晶構造を失い、急冷時にゲルマネンとしてハニカム格子を組む成長機構が示唆された。
鈴木 誠也; 勝部 大樹*; 矢野 雅大; 津田 泰孝; 寺澤 知潮; 朝岡 秀人; 柚原 淳司*; 吉越 章隆
no journal, ,
ゲルマネンは、ハニカム格子を持つゲルマニウム(Ge)の2次元シートである。最近の理論的研究から、ゲルマネンは2次元トポロジカル絶縁体物性をもつなど、興味深い電子物性が予測されている。しかし、グラフェンとは異なり、ゲルマネンは空気中で容易に酸化されるため、ゲルマネンを用いた電気デバイスの実現は困難である。ゲルマネンの化学的安定性という欠点を克服するためには、ゲルマネンがどのように酸化されるかを理解する必要がある。我々の研究チームは、ゲルマネンの酸化に関する研究の中で、酸化したゲルマネンを超高真空(UHV)で加熱するだけで良質のゲルマネンに復元できるという現象を発見した。X線光電子分光スペクトルと低エネルギー電子回折パターンから、酸化したゲルマネンは500Cの加熱で完全に回復することがわかった。発表では、酸化したゲルマネンが復元する詳細なメカニズムについて議論する。
鈴木 誠也
no journal, ,
ゲルマネンはゲルマニウム(Ge)の単原子ハニカムシートで、トポロジカルな性質を利用した電子デバイス応用が期待されている。ゲルマネンは超高真空下でAu、Al、Agなどの単結晶表面に合成できるが、大気中で酸化してしまうことや、デバイス化に適した絶縁体基板上への直接合成が実現していないことから、集積デバイスはおろか、単一素子作製も実現していない。このような現状から、我々はゲルマネンをいかにしてデバイス化に繋げるかを念頭に置き、新たな合成手法の開発やプロセス改良を行っている。本講演では、ゲルマネンに関する研究動向を紹介したのち、ゲルマネンを大気中に取り出すことを可能にしたファンデルワールス/金属界面へのゲルマネンの直接合成法、ゲルマネンの劣化要因となる酸化に関する研究、偏析ゲルマネンへのGe追加蒸着による多層化の研究など、近年の我々の研究成果を報告する。
鈴木 誠也
no journal, ,
Germanene is a two-dimensional (2D) sheet of germanium (Ge) with a honeycomb lattice. Recent theoretical studies have predicted several interesting electronic properties of germanene, such as its 2D topological insulators. However, unlike graphene, germanene is easily oxidized in air, making it difficult to realize electrical devices using germanene. To overcome the drawback of the chemical stability of germanene, it is necessary to understand how germanene is oxidized. We therefore began to study the oxidation of germanene and discovered an interesting phenomenon: oxidized germanene can be restored to good quality germanene simply by heating it in an ultra-high vacuum (UHV). The detailed mechanism of the recovery will be discussed in the presentation.