名大ら,ゲルマネンの分離創製に初めて成功

名古屋大学,仏エクス-マルセイユ大学の研究グループは,ゲルマニウム結晶上の銀薄膜試料を真空加熱するだけで,表面偏析効果によりゲルマニウムからなる蜂の巣構造単原子層シート(ゲルマネン)を分離創製することに世界で初めて成功した(ニュースリリース)。

炭素の2次元結晶であるグラフェンは,電気的,熱的,機械的強度の観点から極めて魅力的な材料であるが,バンドギャップを持たない物質だった。

最近,注目を浴びているポストグラフェン材料には,グラフェンの結晶構造である蜂の巣構造は維持したままで構成元素を炭素からシリコン,ゲルマニウム,スズに置き換えたシリセン,ゲルマネン,スタネンなどがある。これらの物質は,グラフェンよりもバンドギャップが制御しやすく,次世代のエレクトロニクスの新素材として期待されている。

グラフェンやシリセンは,すでに表面偏析効果を利用した簡易な作製技術が開発されているが,ゲルマネンやスタネンは実験条件が複雑な物理蒸着法が主流であり,ナノスケールのゲルマネンを職人技で作製していた。

研究では,ゲルマニウム結晶上の銀薄膜試料を真空加熱し,表面偏析効果を利用して,ゲルマニウムからなる蜂の巣構造単原子層シート(ゲルマネン)の分離創製実験を行なった。

その結果,走査型トンネル顕微鏡(STM)観察により,原子レベルで平坦なテラスが広域で形成されており,その表面に単原子層シートが形成されていることがわかった。高分解能STM像により蜂の巣構造を形成していることがわかり,また,周期的に0.5Åほど突出した規則構造を形成していることもわかった。

放射光を用いた光電子分光測定からも,3次元のゲルマニウム結晶ではなく,2次元の蜂の巣構造単原子層シート(ゲルマネン)を形成している可能性が高いことも示され,低速電子回折の実験データもゲルマネンの形成に矛盾のない結果を得た。

理論的にはゲルマニウム結晶基板の全表面に作製可能な分離創製技術であり,また,他のポストグラフェン材料も同様の手法で作製できる可能性を示すことができた。ゲルマネンは,グラフェンやシリセンよりも質量数が大きいため,スピン軌道相互作用が大きく,スピントロニクスやトポロジカル絶縁体注などの次世代のエレクトロニクス新素材の大量生産法として期待されるとしている。

その他関連ニュース

  • 首都大ら,原子厚の半導体材料を自在に接合 2019年06月24日
  • 名大ら,ハチの巣状単原子層物質プランベンを創製 2019年05月14日
  • 広大ら,電子分光で高温超電導物質の電子状態を観測 2019年05月07日
  • 九工大ら,光学顕微鏡で水中のナノシートを評価 2019年05月07日
  • JAISTら,シリセンと六方晶窒化ホウ素の積層構造を実現 2019年04月09日
  • 慶大,MIを活用しナノシート材料を高効率合成 2019年01月15日
  • 阪大,様々な材料に貼り付け可能な機能性酸化物を作製 2018年12月21日
  • 東大,グラフェン中の点欠陥による電場分布を直接観察 2018年09月26日