| 研究課題/領域番号 |
17H06226
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| 研究機関 | 慶應義塾大学 |
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研究代表者 |
中嶋 敦 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (30217715)
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| 研究期間 (年度) |
2017-06-30 – 2020-03-31
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| キーワード | ナノクラスター / 超原子 / 薄膜 / マグネトロンスパッタリング / 表面光電子分光 / 顕微光電子分光 / 金属内包シリコン / 熱電変換特性 |
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| 研究実績の概要 |
本研究ではマグネトロンスパッタリング技術の高度化によってナノクラスタービームを強度化させて、原子数を精密に制御したナノクラスターを大量に生成させ、その集積薄膜から新たな熱電変換材料の創製を目指している。その対象として、気相合成させた金属内包シリコンケージナノクラスターM＠Si16 などのケージ構造を有するナノクラスター単位を創製して、そのサイズ選択的ソフトランディングによって均一かつ急峻な界面を有するナノクラスター薄膜を構築してきた。高い熱電変換機能を有する複合薄膜として、高い対称性の幾何構造と閉殻電子構造の２つの安定化を同時に満たすM＠Si16に内包させる中心金属原子の置換によって、n型、またはp型のナノクラスターを蒸着させて薄膜を作り分けて、その電子物性の解明を進めた。中心金属を5族のバナジウム、ニオブ、タンタルの金属原子としたM＠Si16 について、そのソフトランディング法によって形成させたナノクラスター薄膜の電子物性を、X線光電子分光法、紫外光電子分光法を用いて評価した。これらの金属原子を内包するM＠Si16ビームに対して、1 nA前後のイオン電流量が得られる技術を構築し、これらのM＠Si16は電子閉殻から1電子余剰であるため、そのナノクラスター薄膜はn型であることを紫外光電子分光法から明らかにした。ナノクラスター薄膜内の電子の振る舞いを明確に観測するために、5層を越える多層膜のM＠Si16薄膜を形成して、表面光電子分光法によって層の増加に伴う電荷の偏りの様子を明らかにした。これらの薄膜について、顕微光電子分光法、時間分解２光子光電子分光法の適用を試み、測定上の課題を抽出した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
パルスマグネトロンスパッタリング技術によって、1 nA前後のイオン電流量を得られるビーム技術を、元素周期律において3族、4族、5族の金属原子を中心原子にもつ金属内包シリコンケージナノクラスターM＠Si16に対して構築して、その精密蒸着による単層ナノクラスター薄膜の形成法の一般化を達成した。X線光電子分光法、紫外光電子分光法、ならびに顕微光電子分光などの各種の表面光電子分光の手法を、形成させたM＠Si16ナノクラスター薄膜の電子物性評価に展開し、表面担持における電荷移動状態の形成について新たな知見を得た。
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| 今後の研究の推進方策 |
パルス化したマグネトロンスパッタリング技術によって、多様な金属原子を内包するM＠Si16のナノクラスタービームに加えて、シリコンに代わってゲルマニウムをケージ体とするM＠Ge16の生成させ、ナノクラスター薄膜のヘテロ界面の形成について、X線光電子分光法を用いて急峻な界面の形成を確認する。今年度購入した電気炉を用いて、形成させたヘテロ界面を有するナノクラスター薄膜について、熱電変換特性を測定する手法を構築するとともに、その熱電変換指数を評価することによってナノクラスター集積薄膜を基盤とする熱電変換材料の創製を進める。
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