層状化合物超薄膜のファンデルワースル界面に局在する2次元電子状態と電気伝導特性

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二次元層状化合物のファンデルワールス（vdW）界面に局在する二次元電子状態の物性解明を目指し、主に金属カルコゲナイド（Bi2Te3など）の超薄膜（ヘテロ構造を含む）の物性を研究している。昨年度までにSi(111)基板上のCaF2(111)薄膜を基板とすることでBi2Te3がtwin構造を持たない、単結晶薄膜として成長することを確認していたが、新たに回折パターンの膜厚変化を詳しく解析した。その結果、第１層目が成長した段階ではtwinドメインが同割合で存在し、膜厚の増加とともに偏りが大きくなる傾向が確認できた。ドメイン比の変化は4層目で飽和し、それ以降はシングルドメインのみ成長していた。さらに、5層薄膜について低速電子回折法のI-V曲線の解析を行い、表面近傍の原子にわずかに緩和が見られるものの、ほぼバルクの構造と同じであることが分かった。このCaF2(111)基板上のBi2Te3(111)超薄膜については、東京大学物性研究所近藤研究室との共同研究を開始した。レーザースピン分解角度分解光電子分光による実験を行い、膜厚が増加したときにトポロジカル表面状態へと変化する2次元電子状態のスピン偏極構造が膜厚によって変化することなど新しい知見を得ることに成功した。ハロゲン化合物でvdW界面を有するFeBr2超薄膜の成長と電子構造に関する研究も行った。基板に用いたBi(111)表面との間にモアレパターンが発生していることや、Feの3d軌道に由来する価電子状態の同定を行い、成果をまとめた論文を現在投稿中である。このほか、層状化合物と金属の原子レベルで平坦なヘテロ界面の作製が期待できるSi(111)上のIn超薄膜の研究も行った。蒸着時の基板温度を液体窒素温度近くに下げることで、３原子層相当の結晶性の高い超薄膜が作製できることを見出し、原子構造や電子構造について明らかにした。