カルコゲナイド系層状物質 の履歴(No.2)
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本ページについて†
- このページでは，「カルコゲナイド系層状物質」の種類，単結晶／単層膜／薄膜の形成手法，および素子応用について紹介します。
- 本ページ作成者：上野啓司
- 作成開始：2012年12月9日
（本ページ内容は随時更新しております）。
はじめに†
2004年にUniv. ManchesterのK. S. Novoselov, A. K. Geimらによって，グラファイトの１単位層である「グラフェン」の大面積試料が初めて絶縁性基板上に形成され，それ以降グラフェンの持つ特異な物性に関する研究が目覚ましく進展した。その一方で，グラファイトと同様な積層構造を持つ数多くの層状物質も再び注目を集めている。層状物質はその2次元構造に起因する特徴的な物性に興味が持たれ，古くから多くの研究が行われてきているが，最近ではそれらの1単位層，あるいは数層が積層した試料が示す新奇な物性に特に注目が集まっている。
本稿では最初にさまざまな層状物質を簡単に分類し，その中から筆者が主に研究対象としている層状カルコゲナイドの構造，物性について紹介する。続いて層状物質単結晶及び単層膜試料の作製手法や，最近の新しい層状物質研究の動向について述べる。最後にグラフェン以外の層状物質のデバイス応用に関する筆者の最近の実験を紹介する。なお，グラフェンのデバイス応用に関する筆者の研究については，別ページを参照されたい。
層状物質の分類†
層状物質は，共有結合やイオン結合のような「強い」結合により形成されている単位層が，主に「弱い」ファンデルワールス力を介して積層した層状構造を持つ。雲母，粘土，グラファイトあるいは輝水鉛鉱（モリブデナイト：molybdenite, MoS2）のような層状物質の天然鉱物は非常に古くから知られており物性研究の対象とされてきたが，その他にも人工合成可能な層状物質が多数存在する。表１に主な層状物質をまとめる。
| 分類 | 物質の例 |
| 単原子層状物質と 類似化合物 | C（グラファイト），P, As, Sb, Bi, h-BN |
| 遷移金属ダイカルコゲナイド | MCh2: M=Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Mo,W等 Ch=S,Se,Te |
| 13族カルコゲナイド | GaS, GaSe, GaTe, InSe |
| 14族カルコゲナイド | GeS, SnS2, SnSe2, PbO等 |
| ビスマスカルコゲナイド | Bi2Se3, Bi2Te3 |
| 層状高温超伝導化合物 | Bi2Sr2CaCu2Ox, LaFeAsO1-xFx等 |
| 水酸化2価金属 | M(OH)2: M=Mg,Ca,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Cd等 |
| ハロゲン化金属 | MgBr2, CdCl2, CdI2, Ag2F, AsI3, AlCl3等 |
| 層状ケイ酸塩，粘土 | 雲母，滑石，カオリン等 |
多くの層状物質は絶縁体／半導体であるが，中心金属が5族元素の遷移金属ダイカルコゲナイドは金属となり，超伝導を示す化合物も存在する（2Ha-NbS2, 2Ha-NbSe2等）。以下，筆者が主な研究対象としている遷移金属ダイカルコゲナイドと13族層状カルコゲナイドの結晶構造と物性について述べる。