Article
ナノスケール材料：2Dマグネシウムがインターカレートした窒化ガリウム超格子の観察
Nature 631, 8019 doi: 10.1038/s41586-024-07513-x
置換型マグネシウム（Mg）原子を用いたドーピングを通してp型の窒化ガリウム（GaN）が実証されてから、青色発光ダイオードなどの急速かつ包括的な開発が、我々の現代生活を大きく形作り、よりカーボンニュートラルな社会に貢献してきた。しかし、GaNとMgの相互作用の詳細は、まだほとんど分かっていない。今回我々は、大気圧下でGaN上に金属Mg膜をアニールすることによって、MgがインターカレートしたGaN超格子を自発的に形成できることを観察した。我々の知る限り、これは、二次元金属がバルク半導体にインターカレートした初の例であり、それぞれの単層Mgがいくつかの単層六方晶GaNの間に複雑に挿入されている。この過程は、格子間インターカレーションと見なされ、格子間層に垂直方向に大きな一軸性圧縮ひずみを誘起する。結果として、MgがインターカレートしたGaN超格子におけるGaN層は、−10％を超える並外れた弾性ひずみ（20 GPa以上の応力と同等）を示し、この値は薄膜材料について記録された中で最高水準である。このひずみは、電子のエネルギーバンド構造を変化させ、圧縮方向の正孔輸送を大幅に向上させる。さらに、Mgシートは、GaN極性において独特な周期的転移を誘起し、分極場誘起される正味の電荷を生じる。こうした特徴は、ナノ材料の弾性ひずみ工学や金属–半導体超格子ばかりでなく、半導体ドーピングや伝導性向上に関する新しい知見をもたらす。
