ナノメートルサイズに薄くすることで幅広い応用が可能

遷移金属ダイカルコゲナイドは化学式MX₂(M=遷移金属、X=カルコゲン(カルコゲンは、S、Se、Teの総称))の化合物であり、その多くは図の左上に示すような層状の構造をしています。この層を剥離することで厚さが数ナノメートルのナノシート(図の右上)になります。

厚さをナノメートルサイズに薄くすることで元々の層状の構造とは異なる性質を有し、大変興味が持たれています。特にMoS₂のナノシートは、半導体、センサー、触媒等への幅広い応用が期待されています。

元素の一部を別の元素に置換することで生じた性質を活用

一方、金属や無機化合物では、元素を一部別の元素で置換することで性質が変化します。例えば、Feの一部をCr等で置換するとステンレスとなり耐久性が向上しますし、Al₂O₃のAlを一部Crに置換されると赤色に変化し宝石ルビーになります。このように一部を置換したものを固溶体と言い、固溶体は多くの材料に用いられています。

私たちはナノシートも固溶体にすることで、性質の制御が可能になると考えて研究を行っています。図の左下はMoS₂のMoの一部をWに置換した固溶体です。このような固溶体を合成し、それを剥離することで固溶体ナノシートが合成できます。厚さをナノメートルサイズに薄くする効果と固溶体という二つの変化をうまく利用して高機能材料の開発を目指しています。

上記以外にも新しい無機化合物を合成し、結晶構造や性質の評価・シミュレーションを行い、材料の研究を進めています。