ポイント
- 分子線エピタキシー法により、グラフェン上に原子３個分の厚さしかない２テルル化モリブデン（以下、ＭｏＴｅ２）原子層薄膜を作製しました。
- 原子層ＭｏＴｅ２がグラフェンに対して自然に３０度回転して成長することで、結晶格子にモアレ模様が現れることを見いだしました。
- モアレ模様を活用することで、通常は安定して存在しないゆがみのない正八面体型１Ｔ構造を持つＭｏＴｅ２原子層の作製に初めて成功しました。
- モアレ模様を活用した新しい原子層材料の創製法を提案しました。
２０１８年に、蜂の巣格子状の炭素２次元シートであるグラフェンを２層積み重ねて一方を１度ひねるだけで、その性質が半導体から超伝導体に変化するという驚くべき報告が米国の研究グループからなされました。この劇的な性質の変化には原子層同士をひねることで結晶格子に生じるモアレ模様が関与しているためだと分かりました。その報告以降、原子層を重ねてモアレ模様を作り、多彩な物性を実現するための研究が世界中で爆発的に進展しています。
東北大学 大学院理学研究科の菅原 克明 准教授と材料科学高等研究所（以下、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法を用いてＭｏＴｅ２の原子層薄膜をグラフェン上に作製し、電子構造（電子状態）をマイクロ角度分解光電子分光と走査トンネル顕微鏡を用いて調べました。その結果、グラフェンと３０度回転して成長するＭｏＴｅ２の積層によって生じるモアレ模様を活用することで、通常は安定して存在しないはずの正八面体型１Ｔ構造を持つＭｏＴｅ２原子層を作製することに初めて成功しました。
今回の成果は、「結晶構造は変化しない既知の原子層同士をひねる」という、これまで広く用いられているモアレ模様の活用法とは異なり、「成長時に自然とできたモアレ模様によって新しい原子層結晶を創製する」という新しい発想のモアレ模様の活用法を提案するものです。今後この方法を他の原子層材料にも適用することで、新機能性の探索が格段に進むと期待されます。
本研究成果は、科学雑誌「Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｓｃｉｅｎｃｅ」に２０２３年１０月２２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（８６６ＫＢ）
＜論文タイトル＞
- “Moiré-assisted realization of octahedral MoTe2 monolayer”
- ＤＯＩ：10.1002/advs.202304461
＜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
Tel：03-3512-3526 Fax：03-3222-2066
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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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