2020 Fiscal Year Annual Research Report
Understanding the crystallization mechanism of amorphous van der Waals layered materials
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19H02619
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
Fons Paul 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (90357880)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
牧野 孝太郎 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究員 (30727764)
長谷 宗明 筑波大学, 数理物質系, 教授 (40354211)
齊藤 雄太 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (50738052)
須藤 祐司 東北大学, 工学研究科, 教授 (80375196)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 層状カルコゲナイド / テルライド / 遷移金属ダイカルコゲナイド / スパッタリング法 / 結晶化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2020年度は、層状カルコゲナイドCr2Ge2Te6のアモルファスから結晶相への、化学結合の次元変化を伴う結晶化現象について明らかにし論文を発表した。層状構造の特徴を反映し、原子配置が無秩序なアモルファス相が結晶化する際、一度擬似的な結晶状態へと変化することがX線吸収法やX線回折法による解析の結果わかった。このような層状物質の結晶化現象は世界に先駆けたものであり、組成の異なる様々な層状物質へと適用できる概念であることが期待された。
MoTe2について、相制御によって作り分けた薄膜試料におけるX線吸収法の測定結果の考察を進展させつつ、第一原理計算による解析結果とも併せながら論文を作成中である。
コヒーレントフォノンでは、昨年度の1T’-MoTe2相単結晶に引き続き、2H-MoTe2相単結晶試料の測定を行った。その結果、30psにも及ぶ、長寿命のコヒーレントフォノン信号が得られた。このようなフォノンダイナミクスは、層状構造に起因したものであると推察され、現在論文を準備中である。
MoTe2と同じくMo系の遷移金属ダイカルコゲナイドであるMoS2について、第一原理計算上で融解、急冷シミュレーションすることで、アモルファス構造モデルを作り上げた。このモデルを融点以下の温度で保持するシミュレーションを行ったところ、結晶化させることに成功した。興味深いことに、MoS2は2H相が安定であるにもかかわらず、1T構造に近いモデルへと原子が再配列していくことがわかった。このような非平衡相への結晶化は層状構造特有のものと考えられる。現在論文執筆中である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
層状物質薄膜のアモルファスからの結晶化現象について、様々な組成の化合物で複数の興味深い実験・計算結果が得られている。当初の計画以上に論文発表、または現在執筆中であり、最終年度も引き続き研究目標達成に向けて連携を強化しながら研究を進めていく。
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| Strategy for Future Research Activity |
アモルファス相、1T’相、2H相という組成の異なるMoTe2薄膜について、コヒーレントフォノンの測定を行い、単結晶の結果と比較しながら、バルクでは得られないアモルファス相の局所構造についても議論を行う計画である。
MoS2やMoTe2は室温における安定構造がどちらも2H相であるが、2Hではない層状物質についてもシミュレーション中で結晶化させることで、どのような構造へと結晶化するか、理解を深めていく計画である。
MoTe2の薄膜の結晶化挙動について、添加元素の影響を調べていく計画である。微量添加による影響だけでなく、最終安定結晶相が異なる程度まで異種元素を添加、または置換した場合の結晶化現象についての解明を試みる。このような自在な組成制御は、アモルファス状に作製した薄膜試料が故に実現できることであり、バルクでは得られない非平衡状態からの結晶化という特有の現象の理解を目指す。
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