ポイント
- 分子線エピタキシー（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ；ＭＢＥ）法と原子置換（トポタクティック反応）法との独自な組み合わせにより、原子３個分の厚さしかない原子層２硫化バナジウム（ＶＳ２）薄膜を作製しました。
- 原子層ＶＳ２では１次元的に電荷が配列していることを発見しました。
- 従来とは異なる「高次ネスティングベクトル」によって電荷配列が生じることを提案する成果です。
- いまだ謎が多い２次元物質における電荷密度波（Ｃｈａｒｇｅ－ｄｅｎｓｉｔｙ Ｗａｖｅ；ＣＤＷ）メカニズムの解明や原子層材料を用いたスイッチングナノデバイスの開発につながると期待されます。
グラフェンや遷移金属ダイカルコゲナイドに代表される低次元の層状物質では、低温で「電荷密度波（ＣＤＷ）」と呼ばれる電荷配列現象の起こることが知られていますが、どういうメカニズムで電荷が配列するのかは、多くの物質においていまだによく分かっていません。
東北大学 大学院理学研究科の川上 竜平 大学院生、菅原 克明 准教授、材料科学高等研究所（ＷＰＩ－ＡＩＭＲ）の佐藤 宇史 教授らの研究グループは、ＷＰＩ－ＡＩＭＲの岡 博文 助教、大学院理学研究科の福村 知昭 教授らと共同で、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法と原子置換法を用いて２硫化バナジウム（ＶＳ２）の２次元シート（原子層薄膜）を作製し、その電子構造をマイクロＡＲＰＥＳ（Ａｎｇｌｅ－ｒｅｓｏｌｖｅｄ Ｐｈｏｔｏｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ；ＡＲＰＥＳ）と走査トンネル顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ；ＳＴＭ）を用いて調べました。
その結果、原子層ＶＳ２は特殊なＣＤＷが生じることで絶縁体となることを明らかにしました。さらにＣＤＷの形成に、従来に比べてちょうど２倍の長さを持つ「高次ネスティングベクトル」が関与していることを突き止めました。今回の成果はいまだ謎が多い２次元物質におけるＣＤＷメカニズムの解明へとつながるものです。
本研究成果は、科学雑誌「ｎｐｊ ２Ｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」に２０２３年５月２日（現地時間）にオンライン掲載されました。
本成果は、科学技術振興機構（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）、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）、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＞
- 本文 ＰＤＦ（６８４ＫＢ）
＜論文タイトル＞
- “Charge-density wave associated with higher-order Fermi-surface nesting in monolayer VS2”
- ＤＯＩ：10.1038/s41699-023-00395-z
＜お問い合わせ先＞
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＜研究に関すること＞
菅原 克明（スガワラ カツアキ）
東北大学 大学院理学研究科 物理学専攻 准教授
Tel：022-217-6169
E-mail：k.sugawara
arpes.phys.tohoku.ac.jp佐藤 宇史（サトウ タカフミ）
東北大学 材料科学高等研究所 教授
Tel：022-217-6169
E-mail：t-satoarpes.phys.tohoku.ac.jp -
＜ＪＳＴ事業に関すること＞
安藤 裕輔（アンドウ ユウスケ）
科学技術振興機構 戦略研究推進部 グリーンイノベーショングループ
〒102-0076 東京都千代田区五番町７ Ｋ’ｓ五番町
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＜報道担当＞
東北大学 大学院理学研究科 広報・アウトリーチ支援室
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