筑波大学数理物质系的近藤刚弘副教授、东京工业大学理学院的丰田雅之助教、高知工科大学环境理工学群的藤田武志教授、东京农工大学研究生院工学研究院的山本明保副教授、名古屋大学工学研究科的德永智春助教，以及高能加速器研究机构的堀场弘司副教授等人组成的研究团队通过剥离菱面体硫化硼表面的层状物质，成功生成了硫化硼片。
菱面体硫化硼的透射电子显微镜图像（供图：筑波大学）
硫化硼片是由硼和硫构成的四层原子厚二维状物质，理论预测显示其具有优异的热电特性和储氢特性，但此前并没有关于实际合成或观测到硫化硼片的报告。
研究团队着眼于硫化硼片出自剥离层状物质菱面体硫化硼所形成的结构，试制了硫化硼片。近藤副教授说：“此前还没有母材使用的菱面体硫化硼的论文，所以先合成出菱面体硫化硼这种物质后进行了彻底分析。”
在分析中，首先调查了被选为起始原料的高纯度菱面体硫化硼的合成条件，确认以1：1的原子数比例混合硼和硫，在5.5GPa的高压状态下加热至1873K，然后快速冷却至室温可以合成菱面体硫化硼。
接下来，利用透射电子显微镜观察菱面体硫化硼发现，样本内存在被剥离的硫化硼片。堆叠这些薄片发现，带隙最大会发生1.0eV左右的变化。另外，第一性原理计算显示，硫化硼片是具有电子有效质量比较轻特性的n型半导体。
此外，研究团队还利用透明胶带法剥离菱面体硫化硼，制备出了硫化硼片，利用原子力显微镜观察样本发现，剥离前厚度约为130纳米，剥离后形成了厚度只有1纳米（相当于数层原子）的超薄片材。Ⅹ射线光电子能谱显示，硫化硼片与菱面体硫化硼一样，硼与硫为共价键性质的键合。
作为器件应用示例，研究团队制作了可根据照射到物质上的光的波长控制是否产生电流的光电化学开关，发现菱面体硫化硼照射可见光也能导电，而硫化硼片只有在照射紫外光时才导电，由此获得了具有光开关特性的器件。
近藤副教授表示：“我们的研究发现，此次成功生成的薄片是可以根据堆叠层数的不同来控制带隙的物质。包括电子材料在内，有望实现多种用途，作为储氢以及通过光和热发挥作用的催化剂，其性能尤其令人期待。”
原文：《科学新闻》
翻译编辑：JST客观日本编辑部
