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2026-01-09 14:06:00
ペンシルバニア州ユニバーシティパーク — 硫黄、セレン、テルルなどの元素と金属を組み合わせると、原子相互作用によって異常で有用な電気的、光学的、磁気的挙動を与える化合物が生成されます。カルコゲニドと呼ばれるこれらの材料は、 チーフア・“デイビッド”・チャンのポスドク研究員としての仕事 二次元結晶コンソーシアム (2DCC) ペンシルベニア州立大学の研究室 ステファニー・ローウィルソン・ファミリー・フェローであり、材料科学および工学の准教授。張氏は最近、 2025年米国真空学会薄膜部門優秀技術者賞を受賞 これらの材料を極めて純度かつ正確に成長させた彼の貢献に感謝します。
次の質疑応答で、Zhang 氏は、将来のデバイスを変革する可能性があると述べ、急速に変化する分野への窓を提供し、また、自身の研究と今後数年間で実現に貢献したいと考えていることを形作る上で、米国国立科学財団の材料イノベーション プラットフォームおよび国内ユーザー施設である 2DCC の役割についても振り返りました。
Q: カルコゲナイド材料が次世代エレクトロニクスの開発に有望視されているのはなぜですか?
張： 現在最も有望な超薄二次元材料の一部、およびテルル化スズやテルル化マンガンなどの新しい三次元材料はすべて、カルコゲナイド材料のグループに分類されます。各タイプのカルコゲニドは、独自の電気的、光学的、磁気的特性を持つ可能性がありますが、純粋または十分に正確に作られていない材料によって以前の研究が制限されていたため、これらの特性の多くはまだ完全には理解されていません。私の目標は、これらの材料を非常に高品質で組成/化学量論を厳密に制御して成長させ、最終的にそれらの真の能力を明らかにすることです。
Q: 非常に純粋で正確なカルコゲナイド材料の薄膜をどのように作成しますか?
張： 分子線エピタキシー (MBE) は、超高真空環境で行われ、高純度の元素ソースを使用する材料合成技術です。ほぼ完全な真空により、製造されたデバイスの性能を低下させる欠陥となる炭素、酸素、水素などの汚染物質が実質的に除去されます。その結果、MBE で成長させた膜は、他のほとんどの方法では匹敵しない純粋な結晶品質と化学純度を日常的に達成します。また、MBE を使用すると、非常に正確な層ごとの成長制御が可能になり、材料の組成、厚さ、相などを追跡できるようになります。これらすべての機能を組み合わせることで、材料を原子層の精度で「調整」することが可能になります。これは、高性能デバイスの製造や新しい量子現象の解明にとって重要です。
Q: 2DCC はあなたの研究にどのような影響を与えましたか?
張： ペンシルベニア州立大学の 2DCC にポスドクとして参加するという決断は、私のキャリアにとって非常にやりがいのある動きでした。当社には、2D マテリアルの研究開発を進めるという 1 つの目標に向かって取り組んでいる多くの才能ある科学者がいます。ここの人々はプロフェッショナルで、忍耐強く、協力的です。私をこの旅に連れ出し、知識だけでなく、常に批判的かつ深く考えること、大胆なアイデアを本当の発見に変えることなど、多くのことを教えてくれた顧問のステファニー・ロー教授に特に感謝しています。私の研究歴は 2D マテリアルではありませんでしたが、彼女は常に辛抱強く励ましてくれたので、この分野に慣れるのにとても役立ちました。さらに、外部ユーザーと協力する機会も多くあり、外部ユーザーは新しい 2D 材料や新しい 2D ヘテロ構造に関する新しいアイデアを私たちにもたらしてくれることもよくありました。そして私たち 2DCC は、彼らのアイデアを実現するために、合成、特性評価、理論研究を提供します。これらの経験を通じて、私は新しい特性評価手法、新しい研究アイデアの生成、適切な共同研究者の発見など、多くの知識を獲得しました。
Q: あなたの研究により将来何が可能になることを期待していますか?
張： 私の研究目標は、高い構造品質と結晶品質、滑らかな表面を備えた純粋な薄膜を合成することに常に焦点を当ててきました。薄膜はデバイスに加工されたときに優れた性能を発揮すると信じているからです。さらに、これらの挙動の多くは、それが作られる元素、それらの元素の正確な比率、およびそれらの元素の原子が単一の明確に定義された結晶構造内にどの程度均一に配置されているかに強く依存します。したがって、これらの特性を明らかにするには、純粋な材料の合成が鍵となります。これらのユニークな材料特性を明らかにし、評価できるほど十分に高い構造的および磁気的秩序を備えた薄膜を実現したいと考えています。
#明日のエレクトロニクスのための新しい超高純度材料の成長