単元素準結晶の3次元構造の作製に成功

中央大学理工学部物理学科 助教 野澤 和生、教授 石井 靖、 (独) 物質・材料研究機構 主席研究員 下田 正彦、東北大学多元物質科学研究所 教授 蔡 安邦らは、英国リバプール大学のH. R. Sharma講師らと共同で、単一元素からなる準結晶の3次元構造を作製する事に世界で初めて成功しました。

準結晶とは、1984年にD. Shechtman博士 (2011年ノーベル化学賞受賞) らによって発見された物質で、現在では100種類以上の合金系や高分子、ナノ粒子系などで見出されていますが、単一の元素からなる準結晶は見つかっていません。準結晶は、通常の周期結晶には見られない5角形や10角形の原子配列からなり、黄金比とも密接に関係する「準周期」と呼ばれる美しい結晶構造 (参考図参照) が特徴ですが、その結晶構造と化学組成の複雑性のため、準周期構造が安定化するメカニズムや、その特殊な結晶構造を反映した新しい性質など、未だ多くの部分が謎に包まれたままです。こうした理由から、化学的に単純な「1つの元素からなる」準結晶の探索が長らく続けられてきました。今回、共同研究グループは、既存の銀(Ag)-インジウム(In)-イッテルビウム(Yb)合金の準結晶基板上に鉛原子を蒸着させる事によって、基板準結晶の構造を模した「準周期構造の鉛」を結晶成長させることに成功しました。 これまで同様の手法で1原子層 (2次元) の単元素準周期膜を実現した報告はありましたが、複数の原子層 (3次元) からなる単元素準周期構造の作製に成功した例はありませんでした。今回の結果は単元素準結晶の実現に向けた大きな一歩であるとともに、今後、周期結晶にはない準周期構造特有の物性の発見や、準周期構造の発現メカニズムの解明など、様々な方面の進展に繋がる期待がもたれます。