2014 Fiscal Year Annual Research Report
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26246002
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| Research Institution | Japan Advanced Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
高村 由起子(山田由起子) 北陸先端科学技術大学院大学, マテリアルサイエンス研究科, 准教授 (90344720)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ナノ材料 / 二次元材料 / 走査プローブ顕微鏡 / 表面・界面物性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、二ホウ化ジルコニウム薄膜上に自発的に形成されるエピタキシャルシリセンに関する我々のこれまでの成果を発展させ、シリセンー基板界面における相互作用の性質を明らかにし、付与原子・分子などでその相互作用を弱め、シリセン本来の性質を引き出すことを目的とする。また、シリセンの大気中での酸化を防ぐ目的で、シリセンと安定な界面を形成し、酸素の透過を防止するパッシベーション層をシリセン上に形成することを目指す。
平成26年度は、エピタキシャルシリセン上にケイ素を蒸着し、基板との相互作用が強いエピタキシャルシリセンの上に相互作用の弱いシリセンの形成を試みる実験が進展した。加熱温度を最適化したエピタキシャルシリセン上にケイ素を蒸着すると、三角形状のドメイン構造を持ち、格子定数がわずかに大きいケイ素層が形成されることが明らかとなった。放射光施設における内殻光電子分光による結合状態の測定と角度分解光電子分光による電子状態測定の結果、及び、走査トンネル顕微鏡による微細構造の観察と電子状態測定を行った結果と第一原理電子状態計算の結果を総合して現在構造の特定と層間相互作用の理解に努めている。
パッシベーション層に関しては、エピタキシャルシリセン上へのアルミニウムの酸化物、窒化物の形成による酸化防止の試みはうまく行かなかったが、放射光施設における実験などで得られたシリセンとこれらの膜との相互作用に関する重要な知見を投稿論文のかたちで発表することができた。今後は、これらの知見をもとに、実験や計算を通して、材料系やプロセスをさらに検討する。
平成26年度は、また、二ホウ化ジルコニウム薄膜上への窒素プラズマの照射と加熱により形成される六方晶窒化ホウ素（hBN）層の理解が進んだ。二ホウ化ジルコニウム薄膜上のhBN層は大気中でも安定であり、これをシリセンの基板、または、パッシベーション層とする実験に着手した。
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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26年度はケイ素の蒸着によるシリセン上多層膜の実験が進展した。研究代表者が米国ブルックヘヴン国立研究所の研究協力者と明らかにしたエピタキシャルシリセン上のケイ素の堆積条件をもとに、連携研究者、研究協力者とともに行ったフォトンファクトリー（つくば）における光電子分光実験により、多層膜の結合状態とバンド構造に関する情報が得られ、加えて、英国UCLの研究協力者と行った走査トンネル顕微鏡実験により、対応する原子スケールの構造と電子状態とが明らかとなった。連携研究者とともに行った第一原理電子状態計算の結果と合わせて、現在投稿論文を準備中である。
また、エピタキシャルシリセンの構造解析に関しては、蘭国Radboud大学の研究協力者とともにESRF（グルノーブル）における表面X線回折実験を行い、現在そのデータを解析中である。
さらに、蘭国Twente大学などの研究協力者とともにエピタキシャルシリセンのパッシベーション膜を得る目的でMax-Lab（ルント）で行った実験により得られた知見が投稿論文にまとめられ、査読付論文誌に二報掲載された。
上記のTwente大学の共同研究先から博士課程の学生が研究代表者の研究室に滞在して共同で実験を行い、二ホウ化ジルコニウム薄膜上に形成した六方晶窒化ホウ素（hBN）層上にケイ素を蒸着することによりシリセンに類似した再構成構造を持つケイ素層を形成した。このhBN層上のシリセンと思われるケイ素層に関しては二ホウ化物上に直接形成されるエピタキシャルシリセンと比べて低温度でその構造が失われるなど、下地との相互作用が小さいことを示唆する実験結果が得られており、我々の目指している、下地との相互作用の小さいシリセンである可能性が高い。
以上のように、平成26年度は興味深い実験結果が国際的な共同研究を通して多数得られ、研究が順調に進展したものと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、平成26年度に得られた興味深い実験結果の数々を解析し、場合によっては第一原理電子状態計算を行うなどしてその理解に努め、本研究の目的とする、基板との相互作用の少ない、シリセン本来の性質を示すようなケイ素の原子層物質を創製する。特に、二ホウ化物上にhBN層を形成した上でのケイ素蒸着によりつくられたケイ素層に関しては、基板との相互作用がエピタキシャルシリセンと比較して小さいことを示唆する実験結果が得られているので、このときに形成されたケイ素層がシリセンなのかどうかも含めて、今後この系に注力して研究を進めていきたい。エピタキシャルシリセンのパッシベーション膜に関しては、平成26年度に発表した論文で取り上げた方法により形成したAlの酸化物層、窒化物層による酸化防止はうまくいかなかった。今後はやみくもに酸化防止膜を試すのではなく、エピタキシャルシリセンの系統的な大気曝露実験なども含めてその酸化過程を詳細に調べ、どのような材料系、プロセスが適しているのかをひとつひとつ明らかにしてゆきたい。
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[Presentation] Surface chemistry of epitaxial silicene on ZrB22014
Author(s)
F.B. Wiggers, H. Van Bui, R. Friedlein, Y. Yamada-Takamura, A.Y. Kovalgin, and M.P. de Jong
Organizer
The 2nd International Symposium on the Functionality of Organized Nanostructures 2014 (FON ’14)
Place of Presentation
日本科学未来館（東京都、江東区）
Year and Date
2014-11-27 – 2014-11-27
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