高村(由)研究室 高村 由起子 准教授

Photo: 高村 由起子 准教授

〈専門分野〉薄膜成長、表面・界面工学
〈キーワード〉ICTイノベーション、単原子層デバイス、表面・界面物性

表面・界面の理解に基づいたナノマテリアル開発

研究内容

 現代の産業の基幹を支える薄膜材料の高品質化には、薄膜 - 基板界面の高度な制御が欠かせません。特に超薄膜やナノ構造体を対象としたナノマテリアル研究では、表面・界面が全体に占める割合が高くなり、表面・界面構造が成長や機能発現に果たす役割が重要となってきます。本研究室では、新規ナノマテリアル創製には表面・界面の理解と高度な制御が必要であるとの認識から、表面・界面構造の詳細な分析とその制御に基づいたナノマテリアル開発を目指します。

 新たな展開が期待できる、半金属 - 半導体や常伝導 - 超伝導、有機 - 無機などの異なるマテリアルの組み合わせにより形成される界面や、その多層化を利用した新奇なナノマテリアルの開発には、薄膜及びナノ構造成長表面のその場観察と異種材料界面構造の詳細な分析から得られる知見を、有効に成長過程に還元することが重要になると考えます。

 そのために本研究室では不純物混入の少ない超高真空における薄膜成長に取り組み、その生成・成長プロセスの理解のための光や電子等のプローブと検出装置を成長装置に導入し、成長過程のその場観察を可能とする装置を使用します。このユニークな装置を用いた薄膜成長とその場観察、界面構造の分析結果から、表面・界面の制御を可能とした上で、新たな異種マテリアルの組み合わせ成長を実現し、薄膜やナノ構造の成長から多層膜や多層ナノ構造体へと発展させて行きたいと思っています。

 本研究室で現在取り組んでいる研究テーマのひとつは、ワイドバンドギャップ半導体である窒化ガリウムとの格子整合性に優れる二ホウ化ジルコニウム薄膜のエピタキシャル成長です。安価で大面積、高品質だけれども格子整合性に問題のある基板材料の上に成長させれば、窒化ガリウムを成長させる際のバッファ層として、また窒化ガリウムの上に成長させれば、良好で安定した界面が期待できる耐熱性に優れた電極として、そして窒化ガリウムと二ホウ化ジルコニウムとを交互に成長させることができれば、半導体 - 半金属超格子としても魅力的です。

 また、原子層厚みの究極のナノマテリアル、シリコン版グラフェンである「シリセン」の研究にも取り組んでいます。こちらはシリコンウェハー上にエピタキシャル成長させた二ホウ化物薄膜表面を本学の光電子分光を専門とする研究室と第一原理計算を専門とする研究室と共同で詳細に調べている過程で思いがけず発見することができまし た。国際学会で研究成果を発表したところ、大きな注目を集め、国内・海外の大学や研究機関との共同研究に発展しています。

 これらのテーマに限らず、表面・界面の問題は無限にあります。その中で、皆さんが興味を持って取り組みたいと思う問題を見つけるのを助け、それを理解し、解決するために何をしたらよいか、一緒に考えて行きたいと思います。

使用装置

超高真空薄膜成長装置、超高真空走査プローブ顕微鏡、透過電子顕微鏡、薄膜材料結晶性解析X線回折装置

過去5年間の主な研究業績

  1. A. Fleurence, Y. Yoshida, C.-C. Lee, T. Ozaki, Y. Yamada-Takamura, and Y. Hasegawa, Microscopic origin of the π states in epitaxial silicene, Appl. Phys. Lett. 104, 021605 (2014).
  2. C.-C. Lee, A. Fleurence, R. Friedlein, Y. Yamada-Takamura, and T. Ozaki, First-principles study on competing phases of silicene: Effect of substrate and strain, Phys. Rev. B 88, 165404 (2013).
  3. A. Fleurence, R. Friedlein, T. Ozaki, H. Kawai, Y. Wang, and Y. Yamada-Takamura, Experimental evidence for epitaxial silicene on diboride thin films, Phys. Rev. Lett. 108, 245501 (2012). Selected for the June 25, 2012 issue of Virtual Journal of Nanoscale Science and Technology
  4. 高村(山田)由起子, アントワーヌ.フロランス, ライナー.フリードライン, 尾崎泰助, シリセン:ケイ素で出来たグラフェン?, 日本物理学会誌 第68巻305-308 (2013).
  5. ライナー.フリードライン, 高村(山田)由起子, シリセン─π電子を有するモノレイヤーケイ素シートの化学, 化学と工業 第66巻 900-902 (2013).
連絡先

高村 由起子/E-mail:yukikoyt@jaist.ac.jp TEL:0761-51-1570 FAX:0761-51-1149
URL:http://www.jaist.ac.jp/ms/labs/yukikoyt/

ナノマテリアルの表面・界面構造を原子・元素レベルで見てみたい、という好奇心旺盛で実験好きな方を歓迎します。