電気化学エッチング法で創製するカゴメ金属単原子層の物性科学

本研究では、カゴメ格子を持つ金属間化合物に着目して、薄膜合成手法と電気化学エッチング法を駆使することで極薄の厚さを調整して、単原子層における低次元物性の理解に繋げることを目的にしている。これまでの薄膜合成では、FeとCoのカゴメ格子をもつFe3Sn2、Fe3SnとCo3Sn2S2の薄膜を合成できる状況にある。しかしながら、5nm以下の極薄膜の物性評価を行うためには、絶縁性基板上に原子レベルで平坦な薄膜を合成する必要があるが、現状技術では三次元的な成長モードとなるため、合成技術の工夫のみでは極薄膜の物性を評価を達成することが困難な状況にある。そこで、電気二重層トランジスタ構造を用いた電気化学エッチング法を適用して膜厚を調整することで極薄膜を得る方法が有用である。これまでにセレン化鉄にこの手法を適用して超伝導転移温度の系統的な膜厚依存性評価を可能にした実績がある。この手法を、カゴメ格子をもつ薄膜に適用する技術として確立するための基礎実験として、電気化学反応を生じさせた試料の膜厚、構造と組成の変化を評価したところ、特定の金属元素種が選択的に電界脱離することを見出した。この手法を用いることでカゴメ格子層の膜厚を系統的に調整可能であることを論文に報告した。また、電界脱離による膜厚変化を光学的手法でその場計測するためのプローバーを新たに導入して立ち上げた。この装置を用いて透過吸収測定しながら電界印加することが可能となり、膜厚変化のその場計測を実施する準備を整えた。これらの実験技術の立ち上げと電気化学エッチング法の有効性を確認できたことから、研究は順調に進んでおり、今後、様々な3d遷移金属を有するカゴメ格子の薄膜を用いて極薄膜物性の評価を進める。

本研究では、カゴメ格子を持つ金属間化合物に着目して、薄膜合成手法と電気化学エッチング法を駆使することで極薄の厚さを調整して、単原子層における低次元物性の理解に繋げることを目的にしている。これまでの薄膜合成では、FeとCoのカゴメ格子をもつFe3Sn2、Fe3SnとCo3Sn2S2の薄膜を合成できる状況にある。しかしながら、5nm以下の極薄膜の物性評価を行うためには、絶縁性基板上に原子レベルで平坦な薄膜を合成する必要があるが、現状技術では三次元的な成長モードとなるため、合成技術の工夫のみでは極薄膜の物性を評価を達成することが困難な状況にある。そこで、電気二重層トランジスタ構造を用いた電気化学エッチング法を適用して膜厚を調整することで極薄膜を得る方法が有用である。これまでにセレン化鉄にこの手法を適用して超伝導転移温度の系統的な膜厚依存性評価を可能にした実績がある。この手法を、カゴメ格子をもつ薄膜に適用する技術として確立するための基礎実験として、電気化学反応を生じさせた試料の膜厚、構造と組成の変化を評価したところ、特定の金属元素種が選択的に電界脱離することを見出した。この手法を用いることでカゴメ格子層の膜厚を系統的に調整可能であることを論文に報告した。また、電界脱離による膜厚変化を光学的手法でその場計測するためのプローバーを新たに導入して立ち上げた。この装置を用いて透過吸収測定しながら電界印加することが可能となり、膜厚変化のその場計測を実施する準備を整えた。これらの実験技術の立ち上げと電気化学エッチング法の有効性を確認できたことから、研究は順調に進んでおり、今後、様々な3d遷移金属を有するカゴメ格子の薄膜を用いて極薄膜物性の評価を進める。