東北大、グラフェンを越えると期待されている新材料シリセンの電子状態を解明

　東北大学の高橋隆教授・一杉太郎准教授・菅原克明助教らによる研究グループは、グラフェンを越えると期待されている新材料シリセンの層間化合物CaSi2を合成し、その電子状態の解明に世界で初めて成功した。

　炭素原子が平面に並んでいるグラフェンは、電子が非常に高い移動速度を有するため、超高速電子デバイスや液晶ディスプレイなどへの応用が精力的に進められているが、その電子状態に、半導体デバイス構築に必要なエネルギーバンドギャップを持たないため、超高速半導体デバイス開発への展開が大きく制限されている。一方、ケイ素原子が同様に平面に並んでいるシリセンは、電界効果によってバンドギャップの形成とその制御が可能であると提案されており、超高速電子デバイスへの応用が大きく期待されている。

　今回の研究では、何層も積層させたシリセン層間にカルシウムを挿入した多層シリセン層間化合物CaSi2の合成を行い、その電子エネルギー状態を測定した。その結果、パイ電子やシグマ電子がCaSi2のシリセン層に分布して存在し、観測されたパイ電子が超高速電子の起源となるディラック・コーン電子状態を形成していることが分かった。

　今後は、半導体基板上に分子線エピタキシー法でCaSi2超薄膜を作成し、そのシリセン原子シート中のディラック・コーン電子を利用する超高速電子デバイスへの応用展開が期待されている。

　なお、この内容は12月16日に「Advanced Materials」オンライン版に掲載された。