材料科学：ナノメンブレンにおける巨大焦電性

焦電性は、極性物質における時間的な温度変化による発電を説明する。自立する焦電物質が二次元結晶の限界に近づくと焦電性の挙動がどうなるかは、ほとんど分かっていない。今回我々は、面外方向の結合特性がファンデルワールス結合（In₂Se₃）や準ファンデルワールス結合（CsBiNb₂O₇）からイオン/共有結合（ZnO）までさまざまに異なる3つのモデル焦電物質を用いて、次元性が焦電性に及ぼす効果と、格子ダイナミクスと焦電性の関係を実験的に明らかにする。我々は、3つの材料全てについて、自立シートの厚さが薄くなるにつれ、それらの焦電係数が急速に増加することを見いだした。また、面外方向に沿った化学結合を持つ物質の次元性効果が最も大きいことも示す。実験的観察によって、厚さが薄くなって変化した結晶のフォノンダイナミクスが、焦電性に影響を及ぼす可能性が示された。今回の知見は、極薄物質の焦電性に関する基礎研究を活性化し、熱撮像や環境発電における焦電性の潜在的応用への技術開発の動機となるはずである。

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