| 研究課題/領域番号 |
21K03432
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分13020:半導体、光物性および原子物理関連
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
八田 振一郎 京都大学, 理学研究科, 助教 (70420396)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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| キーワード | 原子層科学 / 表面科学 / 分子線エピタキシー / ヘテロ構造 / 層状物質 / 超薄膜 / 角度分解光電子分光法 / 低速電子回折法 / 層状化合物 / ヘテロ界面 / 電気伝導度 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
遷移金属カルコゲナイドに代表される層状化合物の超薄膜において、異方的な構造や対称性に由来した特異な電子・スピン構造や磁気秩序、2次元超伝導などが発見され、注目されている。そのような物質の一つ、Bi2Te3の超薄膜は、原子層間（ファンデルワールス界面）に局在した電子状態を有し、わずか2原子層においても高い移動度の2次元金属伝導を示す。本研究ではBi2Te3/Bi2Se3などの2原子層ヘテロ構造を作製し、同様の界面電子状態を角度分解光電子分光法や超高真空中での4端子電気伝導測定により観測し、さらに、ドーピングや層間への磁性元素の導入などによる新規な物性の発現を探索する。
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| 研究成果の概要 |
層状化合物のファンデルワールス（vdW）界面の二次元電子状態に着目した研究を主に分子線エピタキシー法および角度分解光電子分光法を用いて実施した。フッ化カルシウム（CaF2）やビスマスで終端したSi(111)基板を用いてビスマステルライド（Bi2Te3）やビスマスセレナイド（Bi2Se3）の超薄膜を単層から数層レベルで作製することに成功した。Bi2Te3は単結晶で成長し、vdW界面の電子状態による金属伝導を示した。また、Bi(111)/Si(111)基板上の臭化鉄薄膜を研究し、単層まで絶縁体であることを明らかにした。この他、二次元自由電子的な電子状態のインジウム超薄膜についての研究も行った。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
固体を極めて薄くしたとき、量子効果によってその物性が大きく変化する。その極端な例がグラフェンであり、他の層状化合物においても近年次々に新しい物性の発見が続いており、それらを応用した電子デバイス等の高性能化や技術革新が期待されている。本研究では、半導体や誘電体、トポロジカル絶縁体など、異なる性質を持つ物質のヘテロ構造薄膜が作製できることと、その電子構造を解明した。これらの成果は、層状化合物薄膜の物性についての理解を深めるだけでなく、大面積での精密な構築が可能であることを示しており、今後の応用技術の発展にも寄与するものと考えられる。
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