JAISTら,シリセン上に金属的な二次元状ケイ素を形成

北陸先端科学技術大学院大学(JAIST),英ユニバーシティ・カレッジ・ロンドン(UCL)、米ブルックヘヴン国立研究所らと共同で,二ホウ化物上のシリセンにケイ素を蒸着することで金属的な電子状態をもつ新しい二次元状のケイ素の同素体が形成されることを発見した(ニュースリリース)。

シリセンは,原子一層分の厚みしかない,究極に薄いケイ素(Si)の二次元的な結晶。1994年に日本人研究者によってシリセンの安定な構造を理論的に研究した成果が発表されている。

その後,炭素(C)の二次元結晶「グラフェン」に関する研究成果が2010年度のノーベル物理学賞を受賞するなど大きな注目を集め,そのSi版であるシリセンの研究が世界的に行なわれるようになった。JAISTの研究チームは,2012年にSiウェハー上のエピタキシャル二ホウ化ジルコニウム薄膜上にシリセンが自発的に形成されることを発見している。

今回,そのシリセン上にケイ素を蒸着したところ,シリセンとは異なる構造の新たなケイ素の二次元状同素体が形成されることが低速電子線回折と走査トンネル顕微鏡観察から明らかとなり,さらに放射光施設における角度分解光電子分光によりこの新しい二次元状ケイ素が金属的な電子状態をもつことが明らかとなった。

この成果により,シリセンにその構成元素であるケイ素を付与するだけで,シリセンや,電子デバイスに使用される半導体材料でダイヤモンド構造をもつケイ素のシリコンとも異なる,金属的な二次元状ケイ素の形成が可能であることが明らかとなった。この新しい金属的なケイ素はシリセンをデバイス化する際のコンタクト材料として期待されるとしている。

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