物性物理学：界面におけるフォノン分散の測定

ヘテロ界面における並進対称性の破れは、界面に局在する新しいフォノンモードの出現につながる。こうしたモードは、特にデバイスの応答全体を界面が支配している可能性がある微細なデバイスでは、熱輸送特性や電気輸送特性に重要な役割を果たしている。関連する理論研究は数十年前に始まったものの、局在モードを調べるのに必要な空間分解能、運動量分解能、スペクトル分解能を同時に実現するのが難しいため、実験的な研究は全く行われていない。今回我々は、四次元電子エネルギー損失分光法を用い、エピタキシャル立方晶窒化ホウ素/ダイヤモンドのヘテロ界面について、局所振動スペクトルと界面のフォノン分散関係の両方を直接測定した。その結果、バルクのフォノンモードに加えて、界面に局在するモードと界面から孤立したモードが観測された。こうした特徴は、界面周辺の約1 nm以内にのみ現れていた。今回観測された局在モードは、界面の熱伝導と電子移動度に大きな影響を及ぼすと予想される。これらの結果から、ヘテロ界面における格子力学に関する知見が得られ、今回実証された実験手法は、熱管理、電気工学、トポロジカルフォノニクスの分野で有用であると思われる。

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