異種原子層層状化合物の電子状態と光学的性質

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本研究により、BiTiS_3を初めとする多くの異種原子層層状化合物(化学式MTS_3又は、(MS)_<1+x>TS_2で記される。但し、M=Sn,Pb,Bi,希土類元素;T=Ti,V,Mb)の単結晶の育成に成功するとともに、その第二ステージ化合物(MS)_<1+x>(TS2)_2への異種原子のインターカレーションが試みられ、Mgを二つのTiS_2層の間に挿入した層間化合物Mg_x(BiS)_<1+y>(TiS2)_2の単結晶を得るととみに、Bi原子の一部をCa原子で置換した置換型化合物(Bi_xCa_<1-y>S)_<1+y>(TiS_2)の単結晶の育成成功した。得られた単結晶の構造解析と組成分析が、粉末X線回折法とX線光電子分光法を用いて行なわれ、目的の結晶が成長していることが確認された。成長した結晶の電子状態は、内殻及び価電子X線電子分光スペクトルの測定と内殻電子励起及び価電子励起エネルギー損失スペクトルの測定によって調べられ、これらの母体試料の電子状態が、各原子層の電子状態を強く反映しているとともに、MS層からTS_2層への電荷の移動が起こっており、特に、希土類元素を含む材料で大きいことが示された。また、広いエネルギー(波長)領域にわたる光学的性質が、電子エネルギー損失スペクトルのKramers-Kronig解析により研究され、複素誘電率、反射率および光学吸収係数のエネルギー(波長)依存性が調べられた。この結果、この物質の光学特性は、各原子層の光学特性を強く反映しており、光学定数の波長依存性は、主として状態密度の変化の大きいTS_2層から起因していることが明らかにされた。今後の研究計画として、層間化合物や置換型化合物の電子状態と光学的性質を明らかにし、インターカレーションや原子の置換による母体結晶の電子状態や光学的性質への影響について調べる予定である。