ボトムアップ的手法による層状物質の結晶相完全制御とその学理創出

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今年度は、まずはWS2の結晶相制御技術開発と、基礎物性探索に注力した。成長条件の検討を行い、純粋な準安定相、純粋な最安定相、そしてこれらがマイクロメートルスケールで入り混じった"heterophase monolayer"が成長できないか検討を行った。結果、原料として用いている硫化水素の濃度、添加している塩化ナトリウムの量、基板の設置位置、反応時間を制御することで、純粋な準安定相、純粋な最安定相及び"heterophase monolayer"の結晶相を作り分けることに成功した。準安定相の成長には高い硫化水素・塩化ナトリウム濃度が必須であると突き止めた。特徴的な点として、"heterophase monolayer"試料は成長中に局所的に準安定相から最安定相への結晶相変化が起きて成長していることが明らかと知った。"heterophase monolayer"試料は、今後の研究遂行の基礎になるものであり、安定して成長させる条件が得られたことは極めて重要である。また、準安定相WS2の物性探索の一環として、抵抗率の温度依存性を調べる実験を行った。結果、2層の準安定相WS2(成長時に単層試料と同時に得られる)は、約3 Kにて抵抗率の急激な低下を示すことを見出した。磁場を印加するとこの抵抗率低下が消えることから、準安定相WS2の超伝導発現を発見した。また、上部臨界磁場には異方性が存在し、面内に磁場を印加した際は、面直に磁場を印加した際より上部臨界磁場がはるかに増大・パウリ限界を超えることも確認した。以上の成果はRamanマッピングや電子顕微鏡観察、X線光電子分光分析などと併せ論文を投稿、8月にACS Nano誌へ掲載された。また、本成果について学会発表を行い、フラーレン・ナノチューブ・グラフェン学会より第19回 大澤賞を受賞するに至った。