グラフェン研究がもたらした知見の一つは、層状物質の層数を制御(単層化)することによって全く新しい物性が得られることです。この考え方は、グラフェンだけでなく遷移金属ダイカルコゲナイド(MoS2やWS2など)にも適用されており、大きな注目を集めています[3]。二硫化モリブデン(MoS2)は遷移金属ダイカルコゲナイドの一種であり、二次元結晶の層と層がファン・デア・ワールス力によって弱く結合しています。バルクとしてのMoS2は間接遷移型のバンド構造を持ちますが、単層二次元結晶のMoS2は直接遷移型のバンド構造を持つことが示されました[4]。MoS2はバンドギャップと高いキャリア移動度を持つためトランジスタなど半導体デバイス応用の観点からも注目を集めています[5]。層数による物性の違いや半導体デバイス応用を研究するためには、層数判定が重要になります。ラマン分光法は、AFMや光学顕微鏡と並んで、層数判定のための主要な測定手法です[4]。下の画像は、テープ剥離によってシリコン基板上に作製されたMoS2薄膜のラマンイメージです。場所によって層数が異なるサンプルに対しては、ラマンイメージングによって層数を可視化することができます。12,000点でのラマンスペクトルを測定し、各点での層数を評価してラマンイメージを作成しました。赤色が二層、緑色が三層以上のMoS2を表しています。二層以上の層数については、ラマンピーク位置から以下のように識別できます。右図は選択領域で平均したラマンスペクトルです。このラマンスペクトルの385cm-1付近と408cm-1付近のピーク位置から層数を判別しました。MoS2では層数の増加に伴い385cm-1のピーク位置は低波数側にシフト、408cm-1のピークは高波数側にシフトします。単層から四層までは明確にピーク位置が変化しますが、五層以上ではバルクとの区別が難しくなります。このサンプルでは二層から四層を識別していますが、単層のMoS2でも明確に区別することができます。このようなサブミクロン以下でのラマンピークシフト解析は、高い空間分解能と高いピーク位置精度を誇るRAMANtouch/RAMANforceならではの測定です。下図のように、ピーク位置をイメージングすることで、それぞれの位置での層数の変化が確認できます。光学顕微鏡像では五層以上の部分は多少白く見えますが、四層以下の区別はできません。ご提供いただきました。■A1gモード(408cm-1のピーク)面内に垂直方向の原子振動です。