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2次元層状物質に新たな結晶状態を発見 ―原子配置の長距離秩序とランダム性の同時発現―

【本学研究者情報】

〇本学代表者所属・職・氏名:大学院工学研究科 知能デバイス材料学専攻・教授・須藤 祐司
研究室ウェブサイト

【発表のポイント】

  • 2次元層状物質注1が秩序性とランダム性を併せ持つ結晶状態を示すことを発見
  • 大面積な2次元層状物質の作製手法に新たな知見

【概要】

2次元層状物質は、次世代の電子デバイス材料として多くの注目を集めています。東北大学大学院工学研究科知能デバイス材料学専攻の畑山祥吾学術研究員、須藤祐司教授らは、国立研究開発法人産業技術総合研究所デバイス技術研究部門の齊藤雄太主任研究員らのグループと共同で、2次元層状物質の一つとして知られるCr2Ge2Te6薄膜が、原子配列の長距離秩序とランダム性を同時に発現する特殊な結晶状態を示すことを突き止めました。この新しい結晶状態は、原子配列がランダムなアモルファス状態から規則正しい原子配列を持つ結晶状態へと変化する過程で出現しますが、ファンデルワールスギャップ注2で区切られた各層は薄膜面に平行かつ規則正しく形成される一方で、各層内ではランダムな原子配列をとることが分かりました。高品質かつ大面積な2次元層状物質の作製手段として、アモルファス状態から結晶化させる手法の開発が期待されており、本研究の成果は2次元層状物質の産業化にも重要な知見となります。

本成果は、2021年3月8日(月)に英国科学誌Scientific Reportsのオンライン版で公開されました。

図 本研究で見出した結晶状態の模式図(左)。安定相(右)の原子配列は規則的かつ長距離秩序が有る一方で、発見された結晶状態はz軸方向には層状の長距離秩序を有するものの、層内(x-y面内)では原子配列が局所的にランダムになっている。(XRD:X-ray diffraction,EXAFS:Extended x-ray absorption fine structure)

【用語解説】

注1:2次元層状物質
原子間の結合は層内で閉じているが、それら層間は弱いファンデルワールス力で結合している結晶構造を持つ物質。

注2:ファンデルワールスギャップ
2次元層状物質において、弱いファンデルワールス力で結合している層と層の間隙。

詳細(プレスリリース本文)PDF

問い合わせ先

(内容について)
東北大学大学院工学研究科 
担当 教授 須藤祐司
電話&FAX: 022-795-7338
E-mail: ysutou*material.tohoku.ac.jp(*を@に置き換えてください)

(報道について)
東北大学大学院工学研究科 情報広報室 
担当 沼澤みどり
電話&FAX: 022-795-5898
E-mail: eng-pr*grp.tohoku.ac.jp(*を@に置き換えてください)

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