自然界には存在しない構造を持つ2次元酸化鉄の作製に成功 ~グラフェン/SiC界面が生み出す新物質~

2026-04-13 早稲田大学

早稲田大学や物質・材料研究機構などの研究チームは、自然界に存在しない構造を持つ2次元酸化鉄の作製に成功した。グラフェンとSiC基板の界面に鉄と酸素を導入する独自手法(インターカレーション)により、従来は炭化物やケイ化物が生成していた課題を克服。原子レベル解析から、SiC側では四面体構造、グラフェン側では八面体構造を持つ新規結晶が形成されることを確認した。この物質は室温で常磁性、低温で反強磁性を示し、従来にない磁気特性を持つ。界面を利用して非平衡構造を創出する新手法として重要であり、スピントロニクスや量子材料開発への応用が期待される

自然界には存在しない構造を持つ2次元酸化鉄の作製に成功 ~グラフェン/SiC界面が生み出す新物質~
図1 インターカレーションによる2次元酸化鉄の作製方法

<関連情報>

グラフェン/SiC(0001)界面における2次元酸化鉄 2D Iron Oxide at the Graphene/SiC(0001) Interface

Ryotaro Sakakibara, Tomo-o Terasawa, Taizo Kawauchi, Katsuyuki Fukutani, Takahiro Ito, Wataru Norimatsu
Small Methods  Published: 14 March 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/smtd.202501889

ABSTRACT

Fabrication of two-dimensional (2D) transition-metal oxides has gained considerable attention due to their unique crystal structures and physical properties distinct from their bulk counterparts. Intercalation of foreign elements into the graphene/SiC(0001) interface is a possible approach for achieving this, as it enables the confinement and arrangement of atoms within the 2D interface. However, while various 2D metals and their compounds have been synthesized at the graphene/SiC interface, the fabrication of 2D transition-metal compounds remains challenging. This difficulty arises from the high reactivity of transition metals such as Fe, Co, and Ni, which readily form carbides and silicides with the host material. In this work, the fabrication of a 2D iron oxide at the graphene/SiC interface is demonstrated through the simultaneous intercalation of Fe and O. Direct observation using atomic-resolution electron microscopy revealed that the crystalline 2D iron oxide is encapsulated by graphene and forms a sharp interface with the SiC substrate. Structural analysis and Mössbauer spectroscopy suggest that the 2D iron oxide exhibits a wüstite-like structure. These findings provide another strategy for synthesizing 2D transition-metal oxides, opening new avenues for the advancement of 2D magnetic materials.

0703金属材料
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