菅大介 化学研究所准教授、Yufan Shen 同博士課程学生、治田充貴 同准教授、島川祐一 同教授の研究グループは、大江耕介 ファインセラミックスセンター客員研究員、小林俊介 同主任研究員、Xueyou Yuan 名古屋大学特任助教、山田智明 同教授と共同で、二酸化ハフニウムジルコニウム（Hf0.5Zr0.5O2、贬窜翱）から、わずか结晶格子2个分に相当する厚さ1ナノメートルの二次元强诱电体を作製することに成功しました。
炭素原子1层からなるグラフェンの発见以来、原子层厚さを持つ二次元物质が新しいナノ材料として注目を集めており、その材料开発や电子机能探求が盛んに行われています。しかしながら、现在広く机能材料として使われている酸化物など、共有结合やイオン结合によって构成原子が叁次元的に「强く」结合した物质（叁次元物质）からは、二次元物质を作製することは难しいと考えられてきました。
本研究グループは、エピタキシャル薄膜成长技术によって、犠牲层となる酸化物层と、1ナノメートルの厚さの二酸化ハフニウムジルコニウムを积层させた试料を作製しました。その后、犠牲层を选択的に除去（エッチング）することで、厚さを维持したまま二酸化ハフニウムジルコニウムのメンブレン结晶が得られることを见出しました。また作製したメンブレン结晶は、その特性评価から、室温において面直方向に13?颁/肠尘2の自発分极を持つことがわかりました。これらの结果は、叁次元物质である二酸化ハフニウムジルコニウムから二次元强诱电体が作製できることを実証するものです。开発した二次元强诱电体は、磁性体や超伝导体など様々な机能性物质上へ転写可能です。本研究成果は、强诱电体と机能性材料とを融合させた强诱电デバイスの开発の新しいルートを拓くものです。
本研究成果は、2024年6月25日に、国際学術誌「Nature Communications」にオンライン掲載されました。
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Yufan Shen, Kousuke Ooe, Xueyou Yuan, Tomoaki Yamada, Shunsuke Kobayashi, Mitsutaka Haruta, Daisuke Kan, Yuichi Shimakawa (2024). Ferroelectric freestanding hafnia membranes with metastable rhombohedral structure down to 1-nm-thick. Nature Communications, 15, 4789.
