구마모토 대학의 호소카와 신야 교수 등의 연구그룹은 종래 수법과 신기술을 조합해 통상의 회절 실험이나 전자현미경으로는 얻을 수 없었던 불순물 원소의 원자 위치를 세계에서 처음으로 결정했다.
많은 재료에서는 미량의 이종 원소의 첨가에 의해 그 성능이 발휘되는 경우가 많아, 첨가 원소가 원자의 구조에 미치는 영향의 이해가 성능 향상에 중요하다.
이번 연구에서는 망간(Mn)을 불순물로서 포함하는 텔루르화비스무트(Bi2Te3)의 Mn이 첨가되는 사이트(위치)의 결정을 실시했다.이 물질은 에너지 절약으로 빠른 새로운 컴퓨터 재료로 주목받는 '토폴로지컬 절연체'의 하나로, 내부는 절연체로 전기를 통과시키지 않지만 표면은 전기저항이 거의 제로인 물질이다.
이번에, 불순물 주위의 원자 배열을 정확하게 얻기 위해, 종래 수법인 「X선 흡수 미세 구조 분광(XAFS)」에, 신기술의 「형광 X선 홀로그래피(XFH)법」을 조합했다.게다가 지금까지의 수학적 수법(푸리에 변환)이 아니라, 「스퍼스 모델링」이라고 하는 신분석 수법을 채용하는 것으로, 텔루르화비스무트 내의 불순물 Mn에 관한 원자상을 매우 명료하게 재현할 수 있었다.
이 기술을 응용함으로써, 첨가 원소에 의해 성능을 제어하는 반도체 재료, 자성 재료 등의 기능을 해명할 수 있는 동시에, 신규 재료 개발에 새로운 지침을 주는 것으로 기대된다.
또 이번 성과는 히로시마시립대학, 나고야공업대학, 히로시마공업대학, 도야마대학, 야마가타대학과 여러 연구기관과의 공동연구에 의한 것이다.연구 테마의 발안으로부터 시료 제작, 실험, 데이터 해석에 이르기까지 중소규모 대학의 연구자가 맛을 나누어 협력해, 범용적인 방사광 X선 광원을 이용한 결과 얻은 것으로, 대학의 사회공헌의 점에서도 의의가 있다고 한다.
