| 研究課題/領域番号 |
23KJ0775
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分29020:薄膜および表面界面物性関連
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
Zhang Xiaoni 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-25 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
2,700千円 (直接経費: 2,700千円)
2025年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2024年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2023年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
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| キーワード | ホウ素化合物 / ホウ素 / 化学合成 / 二次元表面 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
Atomic sheets of hydrogen boride (HB), known as "borophane," have unique bonding characters of the boron atom, resulting in a variety of atomic structures. Tiling pentagons and heptagons can create a non-symmorphic symmetry structure with a new type of Dirac fermion, the Dirac nodal loop (DNL). This 2D material, also known as "5,7-rings HB," has potential as a superior alternative to graphene due to its smaller weight and larger carrier density, making it resource-rich, harmless, and environmentally friendly.
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| 研究実績の概要 |
この研究は、予測されているトポロジカルなディラック・ノーダルループを持つ二次元の五員環および七員環水素ホウ化物シート（5,7-HB）に焦点を当て、さまざまな材料の電子構造を特性化するために光電子分光法（PES）を使用します。我々は実験的に広い面積の5,7-HB層を開発し、ディラック・ノードループの証拠を得ることを目指しています。第1年では、5,7-HBマイクロメートルシートの化学合成法を開発しました（Molecules 2023, 28(7), 2985）。3種類のHBシートをマイクロフォーカスビームPESで測定し、フェルミエネルギー近くでのギャップのないまたはギャップのある特徴を得ました、第一原理計算と一致しています。
5,7-HBシートの準備中、ホウ化物分子が蒸発されて収集されました。質量スペクトルとFT-IRにより、フルベン型ヘプタレンの炭素対応物に相当する平面二環ホウ素が可能に形成されたことが明らかになりました。この発見は、平面分子中の多中心二電子結合の化学における新しい側面を提供します。
三次元金属ホウ化物YCrB4は、五員環および七員環ホウ素層から成る層を含むものであり、水素化により5,7-HBを開発する理想的なプラットフォームと考えられていました。私たちはYCrB4のミリメートル単結晶を開発することに成功しました。表面処理とマイクロフォーカスビームPESにより、YCrB4のバルクの半導体的性質とは対照的な金属表面状態を得ることに成功しました。フェルミエネルギー近くの金属状態は、YCrB4上の5,7-ボロフェンで終端された表面によって再現できます。これらの結果は、YCrB4表面でのボロフェンの形成と、5,7-HBの開発に向けた新しい方法を促進する可能性を示しています。これらの研究成果は、Physical Review Materials誌に論文として採択されました。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
現在の研究の進展により、安定した収量で5,7-HBを生成する化学合成法が確立されました。化学的な手法を用いて、明確なフェルミエッジ、強度低下のフェルミテール、およびエネルギーギャップ、それぞれ異なる3種類のHBシートを制御可能に合成することができることがわかりました。本研究は、マイクロメートルサイズのフレーク内の電子状態を明らかにするだけでなく、HBシートにおける化学結合、電子状態、および材料形態との微妙な相互作用を解明しています。さらに、異なるHBシートの種類とその独特の電子特性の発見は、試料の化学構造を精密に調節することで半金属の金属性を制御するための有望な手法を提供しています。HBシートがナノエレクトロニクスおよびそれ以上のさまざまな応用における広範な可能性が明らかにされました。
YCrB4の単結晶合成と表面のPESおよびARPESによる特性解析は、YCrB4の金属表面状態とバンド構造を初めて明らかにしました。したがって、YCrB4の表面に5,7-HB単層を開発するための新しい可能性があります。
また、ホウ素と水素から構成される分子（フルベン型二環ホウ素）の発見は、基礎化学における平面分子の多中心二電子結合を研究する新しいプラットフォームを提供しました。第一原理計算により、HB分子の安定性が再現され、さまざまな潜在的な応用が示唆されています、化学に新たな側面を提供し、期待を超えて進展しています。
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| 今後の研究の推進方策 |
1. ARPES測定を使用して、YCrB4単結晶のバルクおよび表面状態のバンド構造を観察することに挑戦します。私たちはさまざまな結晶面を持つYCrB4単結晶を調製しました。特に、3次元YCrB4バルクの2次元表面バンドを直接観察することを期待して、フェルミエネルギー近傍の電子構造を観察する予定です。期待される結果は、3次元金属ホウ化物を使用した2次元層の調製と調査を促進するでしょう。
2. YCrB4のバンド構造観察を完了した後、YCrB4結晶の表面水素化を行い。ボロン1sコアレベルの高分解能XPS測定を使用して、表面ホウ素の化学状態を調査します。表面に水素化された場合、ボロン1sレベルの結合エネルギーが元の表面よりも低い方向に化学シフトするはずです、それから5,7-HB層を形成します。合成された5,7-HB層はARPESによって特性解析され、バンド構造観察によってディラック・ノードループフェルミオンが明らかになる可能性があります。
3. また、HB分子の可能な応用についても探求しています。金属表面に分子を堆積させて2次元のHB層を形成し、この新しい2次元材料の電子構造を特性化する予定です。
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