Developing the lightest functional material for smart societal infrastructure

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本研究では新たな単原子層材料であるホウ素の単原子シート「ボロフェン」をベースに最軽量の情報およびエネルギーキャリア材料の開発に取り組んでいる。ボロフェンおよび、その誘導体は多様な元素組成と原子構造を取ることができ、その結果、多種多様な電子状態が形成され、次世代通信帯GHz-THz応答ならびに電池(蓄エネデバイス)への応用が期待されている。素子材料となりうる様々な試料の合成と評価を実施する中で、B/Cuヘテロ界面研究において大きな進展があったので、ここで取り上げる。ボロフェン誘導体について、本年度は電池などの機能性を探るために代表的な電極物質である銅(Cu)を対象に結晶表面上にホウ素(B)の二次元結晶を作製し表面分析法で評価した。Cu(111)結晶表面に超高真空下でホウ素を加熱蒸着すると２次元秩序相(√73×√39-B)が形成される。この構造解析を陽電子回折法で実施した結果、CuとBから成る「銅ホウ化物(Cu-Boride)」を形成し、さらにB/Cu界面でB原子とCu原子の一次元鎖が交互に配置した２次元構造を有していることが分かった。３次元物質ではBとCuは完全に分離することが知られており、本研究にて界面２次元系では化合物が形成されることが初めて明らかとなった。X線光電子分光実験によって、その電子状態（化学状態）も調べた結果、この電子配置は炭素(C)の単原子鎖であるCumulene分子と同じであり、本研究によりホウ素原子が炭素原子と同じ電子数となることで安定性を得る重要な化学的知見を得ることができた。そこで、本研究ではこのようなB原子鎖をBumuleneと名付けた。今後、これらB/Cu界面における物理・化学的理解をもとに、実材料の開発へ活かす。