2023 年度研究成果報告書

電子状態イメージングと第一原理計算を融合した原子層材料のエッジ物性創発

研究課題

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研究課題/領域番号	21H01757
研究種目	基盤研究(B)
配分区分	補助金
応募区分	一般
審査区分	小区分28030:ナノ材料科学関連
研究機関	東北大学
研究代表者	菅原克明東北大学, 理学研究科, 准教授 (70547306)
研究期間 (年度)	2021-04-01 – 2024-03-31
キーワード	原子層材料 / ARPES / MBE / エッジ状態
研究成果の概要	本研究では、MBE法で作製した単原子層薄膜の電子状態をARPESによってイメージング化し、ある結晶構造/端構造を持つ原子層構造を定義することで得られる電子状態と比較する理論計算スクリーニングを行う。これにより、原子層物質の結晶構造および端構造を特定し、新物質の創製およびエッジ物性の創出を可能にする。本研究によりH-SiC上における2DTI候補物質ビスマセンやラシュバ絶縁体a-BIやa-Sbの作製および結晶構造の同定と電子状態解明をARPESおよび第一原理計算によって実現した。また、1T’-WTe2における負の熱膨張係数を起源とする電子状態の変化をARPESおよび第一原理計算によって解明した。
自由記述の分野	光電子固体物性学
研究成果の学術的意義や社会的意義	これまで常識であるX線構造解析による結晶構造同定法以外にも逆格子空間の情報である電子状態解析から結晶構造の同定が可能であるのこれまで考えてきた。すなわち実格子空間と逆格子空間を紐付けして量子物性を総括的に解明することが高分解能ARPESにで可能であることを実証する必要があった。本研究によって、高分解能ARPESが電子状態からの電子物性解明のみならず結晶構造の同定という実空間情報へ活用することが可能であることを証明したことは学術的意義として高いと考えている。さらに、電子状態から得られたデータは、現在活発な動きがあるデータサイエンスの学理構築に十分繋がると考えている。