岡山大学は5月12日、「酸化タングステン(WxOy)ナノワイヤ」の成長を介した新しい化学気相成長法により、原子レベルに薄い遷移金属ダイカルコゲナイド(TMDC)の一次元構造「ナノリボン」の合成に成功したことを発表した。

同成果は、岡山大大学院 自然科学研究科の岸淵美咲大学院生(研究当時)、同・大学 学術研究院 環境生命自然科学学域の鈴木弘朗助教、同・鶴田健二教授、同・林靖彦教授、同・三澤賢明助教(現・福岡工業大学助教)、東京都立大学大学院 理学研究科物理学専攻の宮田耕充准教授、産業技術総合研究所の劉崢上級主任研究員らの共同研究チームによるもの。詳細は、米国化学会が刊行するさまざまな分野の境界におけるナノサイエンスとナノテクノロジーに関する包括的な内容を扱う学術誌「ACS Nano」に掲載された。

TMDCは、単層が原子3個分の厚みを持つ原子層物質の半導体であり、これまでのところ、そのナノリボン化合成手法が確立されていなかったことから、研究チームは今回、TMDCの一種である「二硫化タングステン」(WS2)のナノリボン化を試みることにしたという。

具体的には、WxOyナノワイヤをテンプレートとしてWS2ナノリボンを成長させる合成手法が提案された。

手順としては原料として金属塩「Na2WO4」が成長基板に塗布され、同原料を高温で粒子化。そこに微量な有機硫黄の蒸気と反応させることでWxOyナノワイヤを成長させ、その次に同ナノワイヤと硫黄を連続的に反応させることで、WxOy上にWS2ナノリボンを成長させることに成功したという。光学顕微鏡から、一次元状に成長した物質が確認されたとする。

  • TMDCシートとTMDCナノリボンの模式図

    TMDCシートとTMDCナノリボンの模式図 (出所:岡山大プレスリリースPDF)

またWxOyナノワイヤ上のWS2ナノリボンの構造や光学特性の詳細が調査されたところ、光学特性から単層に由来する発光(PL)特性が確認されたとするほか、多数のWS2ナノリボンのPL測定から、ほぼすべてのWS2ナノリボンが単層であることが判明。さらにWxOyナノワイヤ/WS2ナノリボンの断面を電子顕微鏡で観測したところ、WxOyナノワイヤ上に単層のWS2ナノリボンが成長している様子が確認されたとする。研究チームではこれらの結果から、WxOyナノワイヤ上に単層WS2ナノリボンが成長した構造が解明されたとする。

  • WxOyナノワイヤの成長を介したWS2ナノリボンの成長プロセス

    (a)WxOyナノワイヤの成長を介したWS2ナノリボンの成長プロセス。合成したWS2ナノリボンの(b)光学顕微鏡像および(b)発光マップ。(d・e)酸化タングステン上に成長したWS2ナノリボン断面の電子顕微鏡像。(f)酸化タングステン上に成長したWS2ナノリボンの模式図 (出所:岡山大プレスリリースPDF)