原子細線ファンデルワールス結晶の創出と物性開拓

2022年度は、遷移金属カルコゲナイド(TMC)原子細線束への空隙への原子・分子の挿入技術の確立、および構造・電子輸送特性の評価を中心に研究を進めた。具体的には、化学気相成長法で合成したWTe細線の束（ナノファイバー）に対し、昇華法によってIn原子のファイバー内部への挿入を試みた。実験では、シリコン基板上に合成したWTe試料と固体Inを試験管に入れ、真空中で加熱し、Inの蒸気に試料を晒した。特に、試料の加熱温度と時間を最適化することで、In原子の高い充填率と、熱処理による試料の損傷を抑制することに成功した。試料断面の走査透過型電子顕微鏡(STEM)観察より、熱処理後はIn原子がWTe細線の間に充填されている様子を確認できた。STEM像とシミュレーションより、充填率が他の３元系TMCと同様に、W6Te6のユニットに対しInが２個に近い値をとることが示唆されている。In原子の挿入に伴い、細線間の距離の増加や、細線の軸回りの角度が変化することも明らかとなった。また、一本のナノファイバーに電極を作製し、電気抵抗の温度依存性を調べた。複数のInドープ細線の試料において、温度の減少とともに電気抵抗が減少する金属的な振る舞いが見られた。この結果は、第一原理計算による金属的な電子状態の予測とも一致している。構造評価に関しては、実験と理論によるラマン散乱スペクトルの解析も行った。特に、観測された複数のピークの振動数と偏光依存性に関し、理論予測の結果とほぼ一致することを確認した。また、In原子のドープ率に依存して、スペクトルが変化している様子が示唆されている。

2022年度は、遷移金属カルコゲナイド(TMC)原子細線束への空隙への原子・分子の挿入技術の確立、および構造・電子輸送特性の評価を中心に研究を進めた。具体的には、化学気相成長法で合成したWTe細線の束（ナノファイバー）に対し、昇華法によってIn原子のファイバー内部への挿入を試みた。実験では、シリコン基板上に合成したWTe試料と固体Inを試験管に入れ、真空中で加熱し、Inの蒸気に試料を晒した。特に、試料の加熱温度と時間を最適化することで、In原子の高い充填率と、熱処理による試料の損傷を抑制することに成功した。試料断面の走査透過型電子顕微鏡(STEM)観察より、熱処理後はIn原子がWTe細線の間に充填されている様子を確認できた。STEM像とシミュレーションより、充填率が他の３元系TMCと同様に、W6Te6のユニットに対しInが２個に近い値をとることが示唆されている。In原子の挿入に伴い、細線間の距離の増加や、細線の軸回りの角度が変化することも明らかとなった。また、一本のナノファイバーに電極を作製し、電気抵抗の温度依存性を調べた。複数のInドープ細線の試料において、温度の減少とともに電気抵抗が減少する金属的な振る舞いが見られた。この結果は、第一原理計算による金属的な電子状態の予測とも一致している。構造評価に関しては、実験と理論によるラマン散乱スペクトルの解析も行った。特に、観測された複数のピークの振動数と偏光依存性に関し、理論予測の結果とほぼ一致することを確認した。また、In原子のドープ率に依存して、スペクトルが変化している様子が示唆されている。