国立大学法人東北大学
国立大学法人筑波大学
大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構
国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構
国立大学法人東京工業大学
国立研究開発法人科学技術振興機構（JST）
概要
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、様々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（μm）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菱面体硫化ホウ素（以下、r-BS）の微小粉状結晶にμm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様々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。
本研究成果のポイント
- 高輝度放射光を用いて層状半導体である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拓いた。
- 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。
お問い合わせ先
高エネルギー加速器研究機構（KEK）広報室
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