原子の薄さのエレクトライド材料の新しいファミリーを発見

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左側のパネルの黄色の等値面は、C3三量体の間に局在する電子を示しています。右側のイオン化された構造にはトラップされた電子がなく、M原子の一部が大幅に変位しています。 M原子のこの変位は、イオン化された構造を再び大幅に安定させます。クレジット
SoungminBaeとHannesRaebiger

要約：
望ましい電気的特性を備えた材料の挙動に関する探索的調査の結果、2次元（XNUMXD）材料の構造相が発見されました。新しい材料群はエレクトライドであり、電子は原子またはイオンの核を周回する代わりに、通常は原子またはイオンのために予約されているスペースを占有します。安定した低エネルギーの調整可能な材料は、ナノテクノロジーでの潜在的な用途を持つ可能性があります。

原子極薄エレクトライド材料の新ファミリー発見

横浜、日本| 11年2021月XNUMX日に投稿

横浜国立大学物理学部准教授のHannesRaebigerが率いる国際研究チームは、10月XNUMX日に先端機能材料の最前線としてその成果を発表しました。

当初、チームは Sc2CO2 として知られる 2D システムの基本的な特性をよりよく理解することに着手しました。金属スカンジウム原子 XNUMX 個、炭素原子 XNUMX 個、酸素原子 XNUMX 個を含むこのシステムは、MXenes と総称される化学化合物のファミリーに属します。それらは通常、金属層の間に挟まれた XNUMX 原子の厚さの炭素または窒素の層で構成され、酸素またはフッ素原子が点在しています。

研究者は、六方晶相に構造化されると、システムが望ましい電気的特性を持つと予測したため、MXene Sc2CO2 に特に関心を持っていました。

「Sc2CO2 の六方晶相に関するこれらの魅力的な予測にもかかわらず、私たちは今のところ、その成功した作製に気づいていません」と、横浜国立大学物理学部の筆頭著者で研究者である Soungmin Bae は述べています。「その基本的な特性を分析したところ、まったく新しい構造相を発見しました。」

新しい構造相は、新しいエレクトライド材料をもたらします。原子のように薄い 2D 構造相は、中央の炭素平面を形成するタイル状の形状として説明されます。以前に予測された形状は六角形で、すべての頂点に炭素原子があり、中央にXNUMXつあります。新しい材料はひし形のような形をしており、頂点に電子があり、中央にXNUMXつの炭素原子が並んだ炭素三量体があります。

「炭素は地球上で最も一般的な物質の XNUMX つであり、生物にとって非常に重要ですが、三量体としてはめったに見られません」と Raebiger 氏は述べています。「カーボン三量体が通常見られる最も近い場所は星間空間です。」

全体的な形状は、前述の六角形の構造よりも対称性が低くなりますが、中心面に関しては対称性が高くなります。 Raebiger 氏によると、この構造は、エレクトライドの新しいファミリーの出現により、ユニークな特徴を提供します。

「電子は構造単位として電子を含み、多くの場合、非常に優れた電気伝導体です」と Raebiger 氏は述べています。「現在の電子化物ファミリーは絶縁体であり、ほとんどの絶縁体は電子を追加または除去することで導電性にすることができますが、これらの材料は単により絶縁性が高くなります。」

MXeneは、他の金属元素で再構成して、調整可能な導電率、さまざまな形態の磁性などの特性の宝庫を提供したり、触媒としての化学反応を加速したりできるため、材料として特に魅力的です。その上、原子数個の極薄シート、つまり2D素材です。新たに発見された電子化物は、原子とイオンの間の格子状の空隙に電子を持っており、大きな粒子加速器の電子源など、周囲の空間に容易に放出され、特に望ましい化学反応を触媒するために借りることができます。

「これらの材料がどのように機能するかを理解したかったので、この発見をしました」と Bae 氏は言います。「わからないことがあったら、もっと掘り下げて。」

共著者には、WilliamEspinosa-GarcíaとGustavo M. Dalpian、CentrodeCiênciasNaturaiseHumanas、Universidade Federal do ABC、ブラジルが含まれます。ユング・カンとミョン・ジュン・ハン、韓国高等科学技術研究所物理学科。韓国高等科学技術研究所電気工学科のJuhoLeeとYong-HoonKim; 江川典幸、桑畑和明、大野かおる（横浜国立大学物理学科）と Mohammad Khazaei と Hosono Hideo、東京工業大学元素戦略材料研究センター。 Espinosa-Garcíaは、GrupodeinvestigaciónenModelamienotySimulaciónComputacional、FacultaddeIngenierías、UniversidaddeSanBuenaventura-Medellínとも提携しています。

岩城奨学基金; サンパウロ研究財団; 韓国国立研究財団、科学技術情報通信部、教育省。 KAIST (旧韓国科学技術院); サムスン電子のサムスンリサーチファンディング＆インキュベーションセンターがこの作業に資金を提供しました。

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横浜国立大学について
横浜国立大学 (YNU または横国) は、1949 年に設立された日本の国立大学です。YNU は、教員の幅広い専門知識を活用した実践的な教育を学生に提供し、国際社会との関わりを促進します。実用科学の学術研究における横浜国立大学の強みは、インパクトのある出版物につながり、国際的な科学研究とグローバル社会に貢献しています。

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コンタクト：
津村明子

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