IV族二次元原子層を用いたディラック系熱電薄膜の創製

使用 IV 族二维原子层创建狄拉克热电薄膜

• 批准号: 22K20492
• 负责人: 寺田 吏
• 金额: $ 1.83万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-08-31 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K20492/
• 关键词: 薄膜成長; 層状物質; ゲルマネン; 熱電変換; 薄膜合成; IV族系化合物

本研究では、バックリングしたGe二次元層（ゲルマネン）を含有する層状物質薄膜を形成し、そのゲルマネン結晶構造を元素置換により変形させ、熱電性能を向上させることを目的としている。そのためには絶縁基板上へのゲルマネン含有薄膜の形成方法を確立する必要がある。今年度は、ゲルマネン含有層状物質としてEuGe2に着目し、Ge基板とInP基板上へのEuGe2薄膜形成に取り組んだ。Ge基板上にEuを供給することでエピタキシャルEuGe2薄膜を形成することに成功した。また、EuとGeの同時供給によるEuGe2薄膜形成法を新たに確立し、組成比を制御することでc軸格子定数を制御可能であることを見出した。この結果はEu層とゲルマネン層の層間距離が変化していることを意味しており、ゲルマネン構造が変化している可能性を示唆している。さらに、GeをZnで置換し、ゲルマネン構造の変形を狙った。その結果、ハニカム格子状のフラットなGeZn二次元原子層を含むEuGeZn相が形成されていることを確認した。この結果は、GeのZn置換によりバックリング高さを自在に制御できる可能性を示唆しており、今後EuGeZn薄膜の成長条件最適化とZn添加量の精密制御を行う予定である。InP基板上においては、GeとEuを同時に供給した場合、EuGe2が形成されないことが分かった。そこで、InP基板の上にGeを堆積した後にEuを供給する逐次蒸着法を用いることでEuGe2を形成することに成功した。今後、成長条件を最適化し、より高品質なEuGe2薄膜の形成に取り組む予定である。

这项研究旨在形成一个分层的薄膜，其中包含弯曲的GE二维层（Germanene），并通过元素取代将德国晶体结构变形，从而改善热电性能。为此，有必要建立一种在绝缘底物上形成含德国薄膜的方法。今年，我们专注于Euge2作为包含德国烯的分层材料，并致力于在GE和INP底物上形成Euge2薄膜。通过向GE底物提供欧盟，我们成功地形成了外延Euge2薄膜。此外，通过同时供应欧盟和GE建立了一种新的Euge2薄膜形成方法，发现可以通过控制组成比来控制C轴晶格常数。该结果表明，欧盟层和德国层之间的层间距离正在变化，这表明德国烯结构可能会改变。此外，GE被Zn取代，以使德国烯结构变形。结果，已经确认形成了一个含有平坦的蜂窝状晶格样的二维GEZN原子层的Eugezn相。该结果表明，屈曲高度可以通过GE的Zn取代自由控制，将来我们计划优化Eugezn薄膜的生长条件，并精确控制Zn添加量。发现当GE和欧盟同时提供时，未在INP基板上形成Euge2。因此，通过使用顺序蒸气沉积法成功形成了Euge2，其中GE沉积在INP底物上，然后提供欧盟。将来，我们计划优化生长条件并进行工作以形成更高质量的Euge2薄膜。