【発表のポイント】

• ヨウ素溶液の酸化作用で電子を抜きとった層状ニオブ酸リチウム薄膜を合成
• 超伝導を示すこの物質が常温で高いp型伝導性と透明性を併せ持つことを発見
• 二次元物質の新たな物理現象や機能の開拓に貢献

【概要】

東京工業大学 物質理工学院 応用化学系の相馬拓人助教と大友明教授は、東北大学 多元物質科学研究所の吉松公平講師と共同で、低温で超伝導体（用語1）になる層状ニオブ酸リチウム（LiNbO₂、用語2）が常温では優れたp型透明導電体（用語3）になることを発見しました。

三段階合成法（用語4）を開発することにより、超伝導を示す層状ニオブ酸リチウムのエピタキシャル薄膜（用語5）を合成しました。基板上に保持された薄膜状の物質をヨウ素溶液（用語6）に浸し、その酸化作用を利用して電子を抜きとると、高いp型伝導性と透明性が同時に発現することを見出しました。

その理由はニオブ原子と酸素原子がつくる特殊な電子状態にありました。ヨウ素溶液を利用した酸化反応により、この電子状態をうまく調節した結果、世界初のp型透明超伝導体の実現につながりました。この発見は新しい電子材料として様々な応用につながるだけでなく、二次元物質の新たな物理現象を開拓することにもつながります。

研究成果は米国の科学誌サイエンス（Science）の姉妹紙のオープンアクセスジャーナル「Science Advances」で7月16日（木）（日本時間）に公開されました。

【用語説明】

（１）超伝導体 ：冷却したときに、電気抵抗が急激にゼロになる物質。MRIや超伝導リニアだけでなく、電子回路に応用することで高性能化や省エネルギー化が期待されている。

（２）層状ニオブ酸リチウム : LiNbO₂ならびにLi₁?xNbO₂。Nb原子とO原子からなる二次元層の層間に位置するLi⁺イオンが抜けることで、同量の電子e^?も抜きとられる（LiNbO₂ → Li₁?xNbO₂ + xLi⁺ + xe^?）。

（３）p型透明導電体 : p型伝導性を示し、可視光に対して透明な物質。電気を流す導電体には電子が流れるn型とホール（電子が抜けた穴）が流れるp型の2種類があり、電子回路に広く応用するには両方が必要。多くの透明導電体は、電子を抜いてしまうと化学結合が不安定になる傾向があるためp型の種類が圧倒的に少ない。

（４）三段階合成法 : 真空?常温下でNbとLiを同量に調整した非晶質の薄膜を作製（Li?Nb?O、Step 1）し、その薄膜を水素ガス中高温下で結晶化させたら（LiNbO₂、Step 2）、最後にヨウ素溶液に浸してLiを引き抜きながら望みの結晶性薄膜（Li1?xNbO₂、Step 3）を得る合成手法。

（５）エピタキシャル薄膜 : 単結晶基板上に結晶軸の方位が揃うように成長した薄膜のこと。結晶性が良いため物質本来の性質を調べるのに適している。

（６）ヨウ素溶液 : ヨウ素を有機溶媒に溶かした溶液。本研究では溶媒にアセトニトリルを用いた。殺菌消毒剤であるヨードチンキやうがい薬もヨウ素溶液。物質から電子を奪う酸化反応（I₂ + 2e^? → 2I^?）を利用して殺菌する。

詳細（プレスリリース本文）

問い合わせ先

東北大学 多元物質科学研究所　講師
吉松　公平 （よしまつ　こうへい）
Email：kohei.yoshimatsu.c6*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）
TEL：022-217-5801

東北大学 多元物質科学研究所 広報情報室 （担当：伊藤）
Email: press.tagen*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）
TEL：022-217-5198