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2013年4月18日 (木)

研究最前線「2次元性エレクトライドを発見」

2013.01.31 東京工業大学
 
詳細は、リンクを参照して下さい。
少し古い情報です。
 
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1)電子が陰イオンとなっている電子化物
 (エレクトライド)で、電子が2次元の
 隙間に存在する物質を発見
 
2)カルシウム(金属元素)と窒素
 (電気を流さない)との化合物で、
 カルシウム金属より高い電気伝導度を
 実現
 
3)電導電子が空間的隙間に存在するため
 極めてスムーズに可動(金属では
 原子核により抵抗を受ける)
 
4)ありふれた元素から構成される物質
 で銀や銅に匹敵する電導性を持つ
 物質がナノ構造の工夫で実現できる
 ことを明示(元素戦略)
 
 
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 東京工業大学フロンティア研究機構の
細野秀雄教授
(元素戦略研究センター長兼任)と
李氣汶(イ・キムン)博士らは、Ca2N
という化学式をもつ層状構造化合物が、
新しいタイプのエレクトライド
(電子化物)であることを発見した。
 
 一般に結晶は陽イオンと陰イオンと
からなる。
 
 この陰イオンの役割を電子が担う物質
がエレクトライドである。
 
 細野グループは、最大の課題であった
室温以上・大気中でも安定な
エレクトライドを2003年にC12A7
(12CaO・7Al2O3)を用いて実現し、
それ以降、電子放出源、
アンモニア合成触媒などへの応用を報告
してきた。
 
 エレクトライドは、電子が存在する場所
はケージ(0次元)構造に限られていた。
 
 同グループは,コンセプトを拡張し、
電子が2次元の隙間に存在する物質を探索
していた。
 
 その際に、注目した候補物質がCa2Nで
あった。
 
 この物質は結晶構造も既知であったが、
試料に問題が多く、固有の物性を評価が
できていなかった。
 
 このため、Ca2Nがエレクトライドとして
認識されることはなかった。
 
 今回、同グループは、その結晶構造
(図1)から、これが[Ca2N]+で構成される
層同士を層間に存在する電子が結び付けて
いるエレクトライドではないかと考え、
研究をすすめた。
 
 合成法の工夫によって高純度な試料を
合成し、単結晶の作製にも成功した。
 
 これを使って、電子・磁気・光学物性
測定の測定を行い、その結果と理論計算
から、すべての電子(e-)が層間に存在し、
[Ca2N]+・e-という示性式で示される2次元
のエレクトライドであることを発見した。
 
 この物質は試料全体が2次元電子ガスの
結晶と見倣すことができ、電子が極めて
動きやすいので、金属カルシウムよりも
高い電気伝導度を示す。
 
 エレクトライドはC12A7のように
ユニークな物性を有するので、高伝導性や
触媒などいろいろな応用が期待される。
 
 この成果は文部科学省元素戦略
プロジェクト(拠点形成型)、および
内閣府最先端研究開発プログラム(FIRST)
により実施され、1月31日に英国科学誌
Natureにてオンライン公開される。
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>ありふれた元素から構成される物質
>で銀や銅に匹敵する電導性を持つ
>物質がナノ構造の工夫で実現できる
>ことを明示
 
 良さそうですね。
 今後の発展に期待したい。

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