動作中の惭辞厂2薄膜トランジスタの電子スピン状態を解明 ?磁性を活用した次世代半導体材料の開発に貢献?
（Image by ogwen/Shutterstock）原子层１层から数层の厚みしかない平面状（２次元）の物质や结晶を原子层物质と呼びます。その构造に由来する、従来の材料にない性质を示すことから大きな注目を集めています。炭素原子が六角形の格子状に连なったグラフェンの発见をきっかけに、この分野の研究が爆発的に进みました。その中でも现在、高い関心を集めているのが迁移金属ダイカルコゲナイドと呼ばれる原子层物质で、次世代の半导体材料として期待されています。更なる高性能化や応用には、电子が持つスピンという性质の状态を原子レベルのミクロな観点で知る必要がありますが、これまでは解明されていませんでした。
本研究では、电子スピン共鸣を活用し、従来の手法では困难だった迁移金属ダイカルコゲナイドの电子スピン状态を原子レベルで解明することに成功しました。独自に开発したトランジスタの构造を活用し、トランジスタ动作时に电子スピン共鸣を计测する、世界初开発の测定手法を用いた成果です。
具体的には、代表的な迁移金属ダイカルコゲナイドである惭辞厂2（二硫化モリブデン）を用いて作製した薄膜トランジスタが动作している状态で、３种类の电子スピン共鸣の信号を検出しました。信号の温度依存性などを调べ、理论计算も駆使して电子スピン状态を解析し、３种类の信号がそれぞれ、伝导电子、惭辞厂2中の厂原子空孔、惭辞厂2中の惭辞厂6原子空孔に由来することを明らかにしました。また、従来の典型的な原子层物质グラフェンとは异なるスピン散乱机构が生じていることも分かりました。
本研究チームが开発した手法を活用すれば、次世代半导体材料となることが期待される原子层物质の动作机构について、これまでにない原子レベルの情报を提供することが可能となります。
今后、本手法で得られた原子レベルの情报を基にすることで、更なる高性能トランジスタの开発や磁性を活用した新たな半导体开発などが进むと期待されます。