遷移金属二硫化物の近赤外光学特性と相変化材料としての有用性の提案

フォトニック集積回路の開発には、近赤外（NIR）光を強力に制御できるより幅広い材料の選択肢が有益である。遷移金属ダイカルコゲナイド（TMD）は可視光スペクトルのオプトエレクトロニクスにおいて広範に研究されてきたが、これらの層状材料のNIR特性はあまり研究されていない。光学定数の測定は、TMDをNIRフォトニクスに適用するための最も重要な第一歩である。本研究では、分光エリプソメトリーを用いて、可視光からNIR範囲における選択された硫化物系TMD（MoS₂、TiS₂、ZrS₂のバルク結晶）の複素光学定数を測定した。透過型電子顕微鏡で測定された自然酸化膜層の存在が、観測される光学定数を大幅に変化させることが判明し、実際の光学定数を抽出するためにはこれをモデル化する必要がある。測定結果を密度汎関数理論計算で裏付けるとともに、異なる相間の大きな屈折率コントラストを予測した。さらに、競合する結晶構造間の相境界に熱力学的に隣接する合金を設計することにより、マルテンサイト変態（すなわち、変位型の秩序-秩序間）スイッチングを実現し、TMDがフォトニック相変化材料として利用できる可能性を提案する。