ブックタイトルSENTAN せんたん JAN 2022 vol.30

概要

SENTAN せんたん JAN 2022 vol.30

知の扉を開く飛び出す電子を測定し、新素材の超微細な構造や特性をつきとめる物質創成科学領域物性情報物理学研究室松下智裕教授光電子ホログラフィー服部賢准教授武田さくら助教分子や原子のレベルの加工を行うナノテクノロジーのなかで、作り上げた素材の特性の計測・評価技術は、新素材開発の強力なツールになる。物性情報物理学研究室は、物質にX線などを照射し、その表面から外に飛び出した電子（光電子）が持つエネルギーを手掛かりに、原子の結合状態を突き止める「光電子分光」という測定法を発展させ、ナノ（10億分の１）メートルの世界の特異な物理現象の実測、解明に挑んでいる。松下教授は、物質表層の原子や特性を出すため導入した不純物（ドーパント、異なる元素の原子）の位置を３次元で記録、再生できる「光電子ホログラフィー」を世界で初めて実用的に使用できることを示したことで知られる。その仕組みは、まず、X線の照射により、不純物から光電子が波として放出され、その一部は周囲の原子により散乱された波となる。この２種の波が重なって起きる干渉という現象により、原子の位置情報を含んだ縞模様（干渉縞）がホログラムとして現れる。このデータをもとにコンピュータ計算で像を再生する数式を松下教授が独自に開発したことで、不純物を中心にした原子の並ぶ様子が解明できるようになった。松下教授は「例えば、半導体の性能に不可欠な不純物がどの位置にどのような結合状態で入っているかがわかります。それまでは、単一の元素の結晶しか測れなかっただけに、ドーパントを導入した新素材の設計、製造プロセスの向上に有力な情報を提供することになりました」と説明する。不純物を価数ごとに解析橋本由介助教さらに、高性能化を進め、「阻止電場型電子アナライザー（RFA）」という装置を開発した。従来の10倍以上の高精度で光電子のエネルギーを測定する能力（分解能）があり、一度に広い範囲を調べて測定時間を短縮できる。「同じ元素でも原子が受け入れる電子の数（価数）の違いによって化学的な性質が異なります。この装置だと物質内に散らばっている09 S E NTAN