2015 Fiscal Year Annual Research Report
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15J01086
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
川原 一晃 東京大学, 新領域創成科学研究科, 特別研究員(DC2)
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2015-04-24 – 2017-03-31
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| Keywords | シリセン / 構造解析 / 低速電子回折 / Ag(111) |
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| Outline of Annual Research Achievements |
シリセンはシリコンからなる2次元蜂の巣格子である。シリセンはグラフェン様の特異な物性をもつことが期待されている[PRL 102, 236804 (2009)]。本研究の目的は、多様な基板上でのシリセンの合成方法を確立し、そこに潜む新しい物理、化学現象の探索と機能性材料としての可能性を探ることである。今年度は銀単結晶上に作製したシリセン多層膜の構造解析を行った。
シリセンは銀表面にシリコンを蒸着することで合成できる。銀上のシリセンはシリコン蒸着量に応じて単層膜、多層膜を形成する [SUSC 608, 297 (2013)]。このうち多層膜が2次元的な電子を持つとの報告があり注目されている[PRL 109, 056804 (2012)]。しかし、その構造は複数のモデルが提案されており確立していない[PRB 89, 241403 (2014),JPCM 25 085508 (2013)]。
本研究では低速電子回折(LEED)と走査トンネル顕微鏡(STM)を用いて銀単結晶上のSi多層膜の構造を明らかにした。LEEDスポットの強度を入射電子のエネルギーの関数としてプロットした(I-V曲線)。実験で得たI-V曲線を動力学理論に基づいたシミュレーションと比較した。蜂の巣格子が積層した構造は実験データを再現しなかった。一方、シリコン表面でよく知られたSi表面に銀が吸着した構造(√3x√3Ag/Si(111))は実験データをよく再現した。また、STM像の試料電位依存性は√3x√3Ag/Si(111)のそれと一致した。以上から銀上のSi多層膜は√3x√3Ag/Si(111)と同一であると結論した[SUSC 651, 70 (2016)]。本研究は固体物理分野で話題の物質が既知のものであることを明確に示した成果である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成27年度の研究計画は、銀単結晶上に作製したシリセン多層膜の構造を、電子回折と走査トンネル顕微鏡(STM)による観察を組み合わせて決定することである。平成27年度、申請者は低速電子回折(LEED)による定量的な解析とSTM観察により銀単結晶上に作製したシリセン多層膜の構造を調査した。申請者は、銀単結晶上に作製したシリセン多層膜がSi表面でよく知られているSi表面に銀が吸着した構造であることを明らかにした。また、本結果は申請者を筆頭著者としてSurface Science誌に公表された。今年度の成果はポジティブな結果ではないが、固体物理分野で話題の物質が既知のものであることを明確に示したのは重要な成果であり、平成27年度の研究がおおむね順調な理由である。
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| Strategy for Future Research Activity |
Ag(111)以外の基板にシリセンが成長するかどうか調査する。またSiと同じ14族元素であるゲルマニウム、スズ、鉛の2次元蜂の巣格子の合成も試みる。2次元蜂の巣格子がディラック電子をもつためにはフェルミレベル近傍に準位をもたない半導体、絶縁体を基板として用いればよいことが報告されている[New J. Phys. 16, 105019 (2014)]。平成28年度は、二硫化モリブデン(MoS2)およびCu(111)上の窒化ホウ素(h-BN)を基板に用いる。これらの基板上にSi、Ge、Sn、Pbを蒸着速度、蒸着時の基板温度、蒸着量を変えながら蒸着し、2次元構造体が成長するか否か調べる。合成の可否は低速電子回折(LEED)、反射高速電子回折(RHEED)、走査トンネル顕微鏡(STM)を用いて判断する。合成に成功した場合、LEED動力学理論を用いた構造解析とSTM観察結果を組み合わせて、構造決定を行う。また走査トンネル分光(STS)、第一原理計算を用いて2次元電子が存在するか否かについても明らかにする。
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