グラフェンに関する新たな研究結果

二次元材料はエレクトロニクスやフォトニクスにおける革命的な進歩を約束しますが、最も有望な候補の多くは空気にさらされると数秒以内に劣化してしまうため、研究や実用的な技術への統合には事実上適していません。遷移金属ジハロゲン化物は、非常に魅力的ですが挑戦的な種類の材料です。予測されるそれらの特性は次世代デバイスに適していますが、空気中での反応性が極めて高いため、その基本構造の特性評価が妨げられることさえあります。

マンチェスター大学国立グラフェン研究所の研究者らは、これらの高反応性材料が空気と接触した際の劣化を防ぐグラフェンで封止されたTEMサンプルを作成することにより、単層遷移金属二ヨウ化物の原子分解能イメージングを初めて達成した。

ACS Nano に掲載されたこの研究は、グラフェン内に結晶を完全にカプセル化すると、原子的にきれいな界面が維持され、寿命が数秒から数か月に延びることを示しています。

この機能は、*Nature Electronics* のチームによって以前に開発および報告された無機スタンプ転写法の改良に由来しており、安定した密封サンプルを製造するための基礎を築きます。

「当初、これらの材料を扱うことはほとんど不可能でした。なぜなら、これらの材料は空気にさらされると数秒以内に完全に破壊され、従来の調製方法がまったく使えなくなってしまうからです」と、転写技術の開発と関連サンプルの調製に携わったウェンドン・ワン博士は説明しました。 「私たちの方法は、不必要な移送手順を行わずにサンプルを保護します。これにより、数時間だけでなく数ヶ月も保存できるサンプルの調製が可能になり、異なる機関間で国際的に移送することができるため、二次元材料研究分野の大きなボトルネックが解決されます。」

「安定したサンプルを準備することができたら、最も薄いサンプルにおける広範な局所的な構造変化、原子欠陥ダイナミクス、エッジ構造の進化を特定するなど、これらの材料についていくつかの興味深い観察を行うことができました」と、この研究の透過型電子顕微鏡イメージングと分析を主導したギャレス・ティトン博士は述べました。

写真提供：マンチェスター大学

「二次元材料の構造は、その特性と密接に関係しています。したがって、さまざまな結晶（単層からバルクの厚さまで）の構造とその欠陥の挙動を直接観察できれば、これらの材料のさらなる研究のための情報が得られ、それによって技術分野での可能性が解き放たれることが期待されます。」

「私を最も興奮させているのは、この研究がこれまでアクセスできなかった科学分野を切り開いたことです。理論的には、多くの活性二次元材料がエレクトロニクス、オプトエレクトロニクス、量子応用において優れた性能を発揮することがわかっていますが、これらの予測を検証するための安定したサンプルを研究室で入手することができませんでした」と、研究を主導した国立グラフェン研究所のロマン・ゴルバチョフ教授はコメントした。