Research Abstract
アモルファス一酸化シリコンにおける原子スケールの不均化
Atomic-scale disproportionation in amorphous silicon monoxide
2016年5月13日 Nature Communications 7 : 11591 doi: 10.1038/ncomms11591
固体一酸化シリコンは、多くの機能用途で商品化されているアモルファス材料である。しかし、一酸化シリコンのアモルファス構造は、この酸化物中のシリコンの価電子状態が通常とは異なるため、長年の疑問であった。アモルファス一酸化シリコンは、シリコンに似た領域と二酸化シリコンに似た領域を形成して不均化された特殊な状態であると推定されている。それにもかかわらず、直接的な実験的観察はまだない。今回我々は、オングストロームビーム電子回折、放射光高エネルギーX線散乱、および計算機シミュレーションを組み合わせて解析したアモルファス構造について報告する。理論的に予測されるアモルファスなシリコンクラスターと二酸化シリコンクラスターに加えて、オングストロームビーム電子回折によってシリコン／二酸化シリコン界面に亜酸化型の4面体配位が検出された。このことから、アモルファス一酸化シリコンの原子スケールの不均化に関する説得力のある実験的な証拠が得られる。最終的に我々は、このアモルファス材料に特有の構造と性質をよく説明する、不均化した一酸化シリコンのヘテロ構造モデルを作製した。
Corresponding Authors
Solid silicon monoxide is an amorphous material which has been commercialized for many functional applications. However, the amorphous structure of silicon monoxide is a long-standing question because of the uncommon valence state of silicon in the oxide. It has been deduced that amorphous silicon monoxide undergoes an unusual disproportionation by forming silicon- and silicon-dioxide-like regions. Nevertheless, the direct experimental observation is still missing. Here we report the amorphous structure characterized by angstrom-beam electron diffraction, supplemented by synchrotron X-ray scattering and computer simulations. In addition to the theoretically predicted amorphous silicon and silicon-dioxide clusters, suboxide-type tetrahedral coordinates are detected by angstrom-beam electron diffraction at silicon/silicon-dioxide interfaces, which provides compelling experimental evidence on the atomic-scale disproportionation of amorphous silicon monoxide. Eventually we develop a heterostructure model of the disproportionated silicon monoxide which well explains the distinctive structure and properties of the amorphous material.
