東北大学,筑波大学,高エネルギー加速器研究機構,量子科学技術研究開発機構,東京工業大学,科学技術振興機構(JST)

令和5年3月2日

東北大学
筑波大学
高エネルギー加速器研究機構
量子科学技術研究開発機構
東京工業大学
科学技術振興機構(JST)

マイクロメートルサイズの微小な粉状結晶の電子構造測定に初めて成功

~次世代半導体開発や微粒子の物性解明のブレークスルーに~

ポイント

近年、高輝度放射光を用いた電子状態の観測により、高温超伝導体やトポロジカル絶縁体などに代表される量子材料における物性解明が大きく進展しています。一方、これまで電子状態の観測対象は大面積の試料(大型単結晶など)に限られるという問題があり、さまざまな材料の物性研究における障害となっていました。

東北大学、筑波大学、物質・材料研究機構、高エネルギー加速器研究機構、量子科学技術研究開発機構、東京工業大学の共同研究グループは、マイクロメートルサイズに集光された放射光を用いて、これまで困難とされてきた微小な粉状結晶における電子状態の直接観測に世界で初めて成功しました。具体的には、近年発見され2次元材料としての応用が期待されている層状半導体であるr-BS の微小粉状結晶にマイクロメートル程度に集光された紫外線をピンポイントで照射して、放出された電子のエネルギー状態を新たに開発したマイクロ集光角度分解光電子分光(マイクロARPES)装置を用いて精密に観測しました。その結果、r-BSが異方的な有効質量を持つp型半導体であることを突き止めました。今回の成果は、r-BSを用いたエレクトロニクスデバイスの開発に貢献するだけでなく、これまで計測が困難だったさまざまな粉状材料や微粒子における物性研究へのブレークスルーとなります。

本研究成果は、アメリカ化学会発行の学術雑誌「Nano Letters」の2023年2月28日号で公開されました。

本研究成果は、科学技術振興機構(JST) 戦略的創造研究推進事業 CREST「トポロジカル材料科学に基づく革新的機能を有する材料・デバイスの創出」研究領域(研究総括:上田 正仁)における研究課題「ナノスピンARPESによるハイブリッドトポロジカル材料創製」(JPMJCR18T1)(研究代表者:佐藤 宇史)、JST 戦略的創造研究推進事業 さきがけ「原子・分子の自在配列と特性・機能」(研究総括:西原 寛)における研究課題「MBE・原子置換・パターニングを融合した新原子層材料の創製」(JPMJPR20A8)(研究代表者:菅原 克明)、日本学術振興会科学研究費助成金、などの支援を受けて行われました。

<プレスリリース資料>

<論文タイトル>

“Direct imaging of band structure for powdered rhombohedral boron monosulfide by micro-focused ARPES”
DOI:10.1021/acs.nanolett.2c04048

<お問い合わせ先>

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