材料科学：ジグザグ型エッジトポロジーのグラフェンナノリボンの表面合成

グラフェン系ナノ構造体は、広がったグラフェンには存在しない電子特性を示す。例えばカーボンナノチューブやアームチェア型グラフェンナノリボンでは、量子閉じ込めによって、構造境界条件と直接関連するかなり大きな電子バンドギャップが開く。エッジがジグザグ型のナノ構造体には、スピン分極した電子エッジ状態があると予想されているため、グラフェンを用いたスピントロニクスの重要な要素となり得る。ジグザグ型グラフェンナノリボン（ZGNR）のエッジ状態は、エッジに沿って強磁性結合し、エッジ間で反強磁性結合すると予測されているが、現行のトップダウン法はあまり精密でないため、ZGNRを含めてジグザグ型エッジトポロジーのスピン分極したエッジ状態の直接観測はまだ実現されていない。本論文では、特別に設計した前駆体単量体の表面重合と脱水素環化を通して原子レベルで精密なジグザグ型エッジを得る、ZGNRのボトムアップ合成について報告する。我々は、走査型トンネル分光法を使って、エネルギー分裂が大きいエッジ局在状態の存在を示す。ZGNRを利用できるようになれば、スピンの閉じ込めやフィルタリングなどの予測されているスピン関連特性を評価できるようになり、最終的にはグラフェンを用いた回路にスピン自由度を付加できると、我々は予想する。

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