広島大学、東京大学、兵庫県立大学の共同研究グループは、超高速通信デバイスの素材として黒リンが有用である可能性を示した。

 近年、電子・光学デバイスの材料として2次元単原子層結晶が大きな注目を浴びている。中でも、炭素原子一層だけからなるグラフェンは、曲げやすくて壊れにくいだけでなく、見かけの質量がゼロであるディラック電子を有するため、世界中で研究が展開されている。ディラック電子は不純物や欠陥をものともせず「動き続ける」性質を持つことから、次世代デバイスの最有力候補として注目を浴びてきたが、信号のオン・オフ比を大きくすることが困難であり、実用化に大きな課題を残していた。

 この問題点を解決するものとして、同グループはオン・オフ比が大きく出来、赤外域にバンドギャップを持つ「黒リン」に注目した。黒リンが適した素材かどうかを知るために、光吸収により生じた伝導電子を直接観察し、電子の「たたき上げの有無」と「たたき上げ状態の持続時間」を調べた。通常の金属では、照射した光は反射され、電子のたたき上げはなかなか起こらない。起こったとしても数ピコ秒の持続時間であると言われているが、本研究で、黒リンに近赤外光パルスを照射すると、電子がたたき上げられ、それがナノ秒に迫る長い持続時間を示すことを世界で初めて明らかにした。 

 本成果は、黒リンが次世代の超高速光通信デバイスのキーマテリアルの一つであることを示唆している。

論文情報:【Scientific Reports】Prolonged photo-carriers generated in a massive-and-anisotropic Dirac material

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