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原子サイズの高精度で乱れのない立体表面の作製に成功奈良先端科学技術大学院大学,大阪大学,産業科学研究所,中国 大連交通大学

 奈良先端科学技術大学院大学,大阪大学,産業科学研究所,中国 大連交通大学の研究グループは,最も重要な半導体材料であるシリコン(Si)基板上に,表面の凹凸の深さが0.1 nmと原子サイズの超高精度で乱れのない原子配列構造をもつピラミッド形の物質を作製する方法の開発に成功したと発表した。また,そのピラミッド斜面上に作製した鉄ナノ薄膜は,特異な磁石の性質(強磁性特性)を示すことを見出した。この現象はピラミッド立体構造という特殊な形が生み出す,電子の磁石の性質(磁気スピン)の状態変化に由来していることを付き止めた。
 2次元の平坦な基板表面と異なり,次元性が増した3次元立体表面では,最表面の凹凸をnmオーダーで制御することは困難で,実現していなかった。本研究では,経験則で発達してきたシリコンの立体加工作製方法を,結晶学と表面科学的なアプローチを駆使して高度化することで,従来の限界を超え,実現しうる最高の平坦性,すなわち,原子配列構造をもつ立体表面を達成した。
 試料形態を自在に操ることができれば,新たな物性を生み出すことができる。磁性ナノ薄膜をピラミッド形状にすると,その頂上に捕獲される磁化渦という磁気スピンが渦まいて配列する構造が創り出す特異な磁気特性について理論計算で予見されていたが,今まで高品質な立体試料が作製できなかったため,実験的に確かめられていなかった。
 本研究で実証した理想表面をもつ立体構造を用いた0.1 nm精度の物づくりと,3次元形態制御による物性を変化させる技術の実現は,3次元立体空間での自在な形状制御がもたらす新機能特性という新しいプラットフォームでの物性開拓の推進を可能とし,ナノ材料科学分野の発展へと貢献する。また,あらゆる方向に広がる立体表面の原子制御技術は,立体化,集積化がますます進むIoTデバイス開発において必須であり,ナノ立体構造化デバイス工程の基幹技術の1つとなると期待される。

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