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単原子層状物質「ゲルマネン」の原子配置を解明―省エネ・高速・小型電子デバイス開発に道:日本原子力研究開発機構/東京大学/高エネルギー加速器研究機構

(2016年9月13日発表)

 (国)日本原子力研究開発機構と東京大学、高エネルギー加速器研究機構(KEK)の共同研究グループは9月13日、ゲルマニウム原子一個の厚さの層状物質「ゲルマネン」の原子配置の解明に成功したと発表した。ゲルマネンを用いた新しい電子デバイス開発の促進が期待できるという。

 ゲルマネンは、ゲルマニウム原子が蜂の巣状に配列した単原子層状物質。炭素原子でできた蜂の巣状の単原子層状物質をグラフェンというが、ゲルマネンはグラフェンのゲルマニウム版に当たる。

 グラフェンの炭素原子はお互いに120°の角度で結合し、全ての原子が高さのそろった平坦な構造を形成しているのに対し、ゲルマネンは原子間の結合性の違いから原子間の結合角が120°より小さくなり、一部の原子が突出し、平坦な構造からずれた凹凸構造をしている。しかし、ゲルマネンのこうした原子配置についてはこれまで実験的に解明されていなかった。

 研究グループは今回、全反射高速陽電子回折法と呼ばれる手法を用い、アルミニウム基板上に合成したゲルマネンを観測した。

 その結果、これまでの予想に反し、原子配置の対称性が破れていることが明らかになった。予想されていた原子配置では、ゲルマニウム原子2個が突出していて、左右対称な構造を持つとされてきたが、解析の結果、ゲルマニウム原子1個が突出、構造の対称性が破れていることが判明した。

 ゲルマネンはグラフェンと同様、極めて高い電子移動度や熱伝導度など有用な物性の発現が期待されている。今回の構造の解明により、ゲルマネンを用いた省エネ・高速・小型の新しい電子デバイスの設計・開発の促進が期待されるという。