2023-03-02 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
ポイント
- 高輝度放射光を用いて層状半導体である菱面体硫化ホウ素（以下、ｒ－ＢＳ）の微小粉状結晶における電子バンドのピンポイント計測に成功し、「粉状材料の測定は困難」という常識を覆した。
- ｒ－ＢＳが異方的有効質量を持つｐ型半導体であることを明らかにして、新たなエレクトロニクスデバイス開発への道を開いた。
- 本手法は広範な粉状材料にも適用可能で、電子計測による材料研究の対象を飛躍的に拡大する。
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。
＜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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＜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＞
嶋林 ゆう子（シマバヤシ ユウコ）
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
（CREST担当）
Tel：03-3512-3531 Fax：03-3222-2066
E-mail：crestjst.go.jp
（さきがけ担当）
Tel：03-3512-3526 Fax：03-3222-2066
E-mail：prestojst.go.jp -
＜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
Tel：022−795−6708
E-mail：sci-prmail.sci.tohoku.ac.jp筑波大学 広報局
Tel：029-853-2040
E-mail：kohosituun.tsukuba.ac.jp高エネルギー加速器研究機構 広報室
Tel：029-879-6047 Fax：029-879-6049
E-mail：presskek.jp量子科学技術研究開発機構
Tel：043-206-3026
E-mail：infoqst.go.jp東京工業大学 総務部 広報課
Tel：03-5734-2975
E-mail：mediajim.titech.ac.jp科学技術振興機構 広報課
