Study of borophene by structural analysis using positrons and electronic structure observation using photons

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H04398
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 80040:Quantum beam science-related
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: Takayama Akari 早稲田大学, 理工学術院, 准教授 (70722338)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松田 巌 東京大学, 物性研究所, 教授 (00343103)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: ボロフェン / 陽電子回折 / 光電子分光

Outline of Final Research Achievements

In this study, we have performed structure analysis of one-atomic-layer borophene, which exhibits a two-dimensional Dirac electron system, using total-reflection high-energy positron diffraction (TRHEPD). Our experimental results show that the structure of χ3-borophene on Ag(111) is a flat sheet structure without buckling and a triangular lattice, which is characteristic of borophene. We also investigated the structure of honeycomb borophene on Al(111) substrates. Two structural models have been proposed in previous studies, and we discussed the validity of these structures. We also studied the electronic structure of the borophene layer in borides and their hydrogenated borophenes.

Free Research Field

表面物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

現在、多種多様な構造を有したボロフェン及びホウ素化合物シートが理論的に予測・合成されており，それぞれに期待される物理・化学特性を元に電池材料などの次世代材料の設計が進められている．固体の特性や機能は構成する各原子の種類と配置によって決まるため，ボロフェンの物性を正確に理解するためには原子構造を正確に決定することは大変重要である。本研究は回折法によるボロフェンの構造解析の最初の研究例であり、本研究での量子ビーム協奏により得られたホウ素科学における基礎研究の結果は、領域の理解を深め、今後のホウ素研究の発展の礎となることができたと考える。