高エネルギー加速器研究機構と（独）日本原子力研究開発機構、東京大学は11月21日、次世代の省エネ電子材料として期待されるシリコン原子一層からなる薄膜「シリセン」の詳細な構造を確認したと発表した。世界最高強度の陽電子ビームを用いて原子の位置を検出、理論的に予想された微細な凹凸構造をしていることが分かった。新材料の電気伝導特性など物性の解明につながり、新たな応用開発に道を開く。
■理論的な予測を裏付け
研究グループは、銀の単結晶表面にシリコンの蒸気をあててシリコン原子を付着させ、原子一層分の薄膜を形成した。この表面に高エネ研の加速器から発生する世界最高強度の陽電子ビームを浅い角度で照射、反射してくる陽電子が相互に干渉して作る斑点状の模様「回折パターン」を解析した。
その結果、シリセンの表面には微細な凹凸構造があることを確認。上側のシリコン原子層と下側の原子層の間の距離や、シリコン原子同士の結合の角度など詳しい数値が明らかになった。さらに、それらが理論的な予測結果とよく合うことも確認できた。
原子一層分の薄膜としては、炭素原子による「グラフェン」が2004年に発見されてノーベル賞を受賞、高速電子素子を実現する新材料などとして注目された。これを受けて炭素とよく似た性質を持つシリコン原子の単原子薄膜の研究が活発化。平坦な表面を持つグラフェンとは異なりシリセンの表面は微細な凹凸構造を持つとされていたが、従来その詳細を実験的に確かめる方法がなかった。
今回初めてその詳細がつかめたことから、研究グループは「陽電子ビームが物質最表面の構造決定に有効なことが示せた」と話している。
