2023年 | プレスリリース?研究成果
原子層を重ねた「モアレ模様」の活用で新構造の原子層結晶を創製 ―機能性2次元材料の探索に道―
【本学研究者情报】
〇大学院理学研究科物理学専攻
准教授 菅原 克明
材料科学高等研究所
教授 佐藤 宇史
【発表のポイント】
- 分子线エピタキシー法（注1）により、グラフェン（注2）上に原子3个分の厚さしかない2テルル化モリブデン（以下、惭辞罢别2）原子层薄膜（注3）を作製しました。
- 原子层惭辞罢别2がグラフェンに対して自然に30度回転して成长することで、结晶格子にモアレ模様（注4）が现れることを见出しました。
- モアレ模様を活用することで、通常は安定して存在しないゆがみのない正八面体型1罢构造を持つ惭辞罢别2原子层の作製に初めて成功しました。
- モアレ模様を活用した新しい原子层材料の创製法を提案しました。
【概要】
2018年に、蜂の巣格子状の炭素2次元シートであるグラフェンを2层积み重ねて一方を1度ひねるだけで、その性质が半导体から超伝导体に変化するという惊くべき报告が米国の研究グループからなされました。この剧的な性质の変化には原子层どうしをひねることで结晶格子に生じるモアレ模様が関与しているためだとわかりました。その报告以降、原子层を重ねてモアレ模様を作り、多彩な物性を実现するための研究が世界中で爆発的に进展しています。
东北大学大学院理学研究科の菅原克明 准教授と材料科学高等研究所（以下、WPI-AIMR）の佐藤宇史 教授らの研究グループは、WPI-AIMRの岡博文 助教、大学院理学研究科の福村知昭 教授らと共同で、分子线エピタキシー法を用いてMoTe2の原子层薄膜をグラフェン上に作製し、电子构造（电子状态）（注5）をマイクロ角度分解光电子分光（注6）と走査トンネル顕微镜（注7）を用いて调べました。その结果、グラフェンと30度回転して成长する惭辞罢别2の积层によって生じるモアレ模様を活用することで、通常は安定して存在しないはずの正八面体型1罢构造を持つ惭辞罢别2原子层を作製することに初めて成功しました。
今回の成果は、「结晶构造は変化しない既知の原子层どうしをひねる」という、これまで広く用いられているモアレ模様の活用法とは异なり、「成长时に自然とできたモアレ模様によって新しい原子层结晶を创製する」という新しい発想のモアレ模様の活用法を提案するものです。今后この方法を他の原子层材料にも适用することで、新机能性の探索が格段に进むと期待されます。
本研究成果は、科学雑誌Advanced Scienceに2023年10月22日（現地時間）にオンライン掲載されました。
図1. 2枚のグラフェンをひねり角（补）q = 5°、（b）q = 10°、（c）q = 20°で重ねた際のモアレ模様。
【用语解説】
注1 分子线エピタキシー法：
超高真空槽内に设置したいくつかの蒸着源（材料）を加热などにより蒸発させ、対向した基板上に薄膜を堆积させる手法です。膜厚を原子レベルで制御した高品质な単结晶薄膜が作製できます。
注2 グラフェン：
炭素原子が蜂の巣格子上に配列した2次元シート材料のことで、炭素原子1个の厚さしかありません。
注3 原子层薄膜：
原子数個程度の1 nm（ナノは1 mmの10の-6乗）以下の厚さしか持たず、2次元的に広がったシート状物質の総称です。原子層薄膜で最も有名なものは、炭素が2次元の蜂の巣状に並んだグラフェンです。
注4 モアレ模様：
特定のひねり角で2枚の层を重ね合わせることで视覚的に现れる干渉模様のことです。テレビで横縞模様が映ったり、「すだれ」がわずかにずれて重なったりすることで、日常でも见られます。
注5 电子构造（电子状态）：
固体中の电子は、特定の运动量（质量と速度の积）とエネルギーを持つことが知られています。固体中における电子の运动量とエネルギーの関係で描き出された构造を、电子エネルギーバンド构造、または単に「バンド构造」と呼びます。バンド构造は物质の结晶构造や构成元素によって様々に変化するため、それに伴って电気伝导や磁性などの物质固有の性质が决まります。
注6 マイクロ角度分解光电子分光：
物質の表面に紫外線やX線を照射すると、表面から電子が放出されます（外部光電効果）。放出された電子は光電子と呼ばれ、その光電子のエネルギーや運動量を測定することで、物質中の電子状態がわかります。その測定手法を角度分解光電子分光と呼びます。また、その光（放射光）のスポットサイズを10 μm程度に絞って精密観測する装置をマイクロ角度分解光电子分光装置と呼びます。
注7 走査トンネル顕微镜：
先が非常に鋭い探针（プローブ）を试料表面に接近させ、プローブと试料表面间に电圧をかけると、両者间にトンネル电流が流れます。この微少なトンネル电流の空间分布を観测することで、表面形状や局所电子状态を観测する実験手法です。
问い合わせ先
（研究に関すること）
东北大学大学院理学研究科物理学専攻
准教授 菅原克明（すがわらかつあき）
电话：022-217-6169
E-mail：k.sugawara*arpes.phys.tohoku.ac.jp （*を@に置き換えてください）
东北大学材料科学高等研究所
教授 佐藤宇史（さとうたかふみ）
电话：022-217-6169
贰-尘补颈濒：迟-蝉补迟辞*补谤辫别蝉.辫丑测蝉.迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）
（报道に関すること）
东北大学大学院理学研究科
広报?アウトリーチ支援室
电话：022?795?6708
贰-尘补颈濒：蝉肠颈-辫谤*尘补颈濒.蝉肠颈.迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）
东北大学は持続可能な开発目标（厂顿骋蝉）を支援しています