Structure of ultra-thin silicon and silicon carbide probed by X-ray absorption spectroscopy

X線吸収分光法により観測された極薄ケイ素および炭化ケイ素の構造

馬場 祐治  

Baba, Yuji

炭素のみから成る厚みが1原子層の「グラフェン」は、sp2結合を主体とした蜂の巣状の構造を持ち、優れた電子材料、光学材料として注目されている。ケイ素は、周期律表で炭素と同じIV族に属するが、極薄いケイ素の構造は炭素の場合と大きく異なり、sp3結合を主体としたダイヤモンド構造をとると考えられていた。ところが1990年代に、極薄い炭化ケイ素がグラフェンと同様の構造を持つことが理論的に示された。我々は放射光を用いたX線吸収分光法により、グラフェン状の構造を持つ炭化ケイ素の存在を実証した。一方、2010年代に、こんどはケイ素のみから成りグラフェン状の構造を持つ「シリセン」が存在するかどうかということが、理論的にも実験的にも大論争となった。この点に関し、我々は再度X線吸収分光法により極薄いケイ素の構造を調べた。その結果、ケイ素薄膜の一部がsp2結合を持つグラフェン状の構造をとることを明らかにした。

In 1990th, theoretical calculation has shown that silicon carbide prefers to form a flat aromatic phase with graphene-like structure. Experimentally, we have confirmed that ultra-thin silicon carbide film forms aromatic phase with sp2 bond by means of X-ray absorption spectroscopy. In 2010th, the existence of graphene-like structure composed of only silicon has become exciting topics. This structure is recently called as silicene. As to this topic, we have again applied X-ray absorption spectroscopy to the structural analysis for ultra-thin silicon film. We have shown that a part of ultra-thin silicon film deposited on chemically inert surface exhibits sp2 configuration, which is the evidence for the existence of silicene-like structure.