機能開発にむけた表面科学への期待

摘要

物質科学·材料科学の分野において表面や界面は伝統的な研究対象である。本誌においても，様々な物質における研究が，異なった観点から紹介されている。物性を理解するための基礎となるのは，原子構造と電子状態であり，表面においてもそれらの詳しい情報を得るための研究手法が長年にわたり開発されてきた。超高真空中での表面研究が日本で進展していく中で，物理分野ではシリコンを中心とした半導体表面の研究が広く行われ，原子構造から原子·分子プロセスに至るまで，まさにデバイスの創出をみすえた研究が行われている。物質材料がもつデバイス応用としての機能への期待は，その結晶周期性に起因する物性を利用する場合が多く，そこでは周期性を乱す不純物はその機能を妨げる要因としてパラメーター化されて議論されている。これとは対照的に化学物理·表面化学分野では，非周期性·局所性を前提として，表面での原子·分子の移動·変換過程の研究が行われてきた。表面研究において，走査プローブ顕微鏡や電子顕微鏡によって実空間における原子·分子の観察が可能となってからは，孤立原子·分子とそのクラスターや表面欠陥の種類と分布が測定されるようになった。そして，それらが様々な表面分析手法によって得られたマクロで定量的なデーターに影響を与えるかどうかも，観察結果に基づいたエビデンスペースで議論できる。このような研究は，再現性のある表面を作製できるシリコンをはじめとする半導体表面や金属表面で行われてきたものの，精密な議論を可能とする高分解能顕微観察·測定ができる平坦で欠陥が少ない表面はどのような物質でも得られるというわけではない。本特集で取り上げられている“革新的材料”においても，周期性を乱す欠陥がデバイス性能に本質的な役割を果たす場合もある。これまであまり表面科学の研究対象となってこなかった物質を用いて，日々高度化される先端的な表面分析手法による研究を進めていくためには，装置や解析法だけでなく清浄表面作製法の開発も重要な要素である。そして，測定されたデーターを理解し機能に結びつけるためには，欠陥も含めた表面構造の理解も本質的な課題となる。これまでの表面科学の研究において，清浄表面作製法の開発から始めて，限られた実験データーをどのようにして正しい理解につなげるかについて多くの事例が積み重ねられてきた。新しい物質の機能開発においても，このような表面科学の研究手法が果たす役割は大きく，これまでの経験と成果を十分に活かすことができる表面科学者に幅広い分野でのさらなる活躍を期待したい。