東北大，アモルファスシリコンを液体から直接作製

東北大学の研究グループは，「静電浮遊法」を用いて，液体シリコン（Si）を充分に過冷却させた状態を実現し，これを固化することによってアモルファスSiができることを見出した（ニュースリリース）。

研究グループは，静電気を用いて試料を浮遊保持する「静電浮遊法」を用いて過冷却液体Siの研究を行なってきた。この装置を用い，0秒で試料加熱を中断すると液体Siの温度が下がり始め，約6.7秒後に固化が始まる。固化の際には大量の熱（潜熱）が出るために，温度が急激に上昇する。温度が上昇する過程を詳細に観察すると，これまで観察されたことのない温度変化が見られた。

τ₁で固化がはじまると 温度は結晶Siの融点（τ₄:1410℃）まで上昇するが，その途中の約1207℃において数10ミリ秒の間（τ₂～τ₃），温度上昇が止まることが分かった。これは温度上昇を妨げる吸熱現象が生じていることを示す。

研究グループは，1207℃という温度が理論的に予測されたアモルファスSiの融点に対応することに着目し，吸熱現象は，「固化と同時にアモルファスSiが生成し，それが1207℃で溶けた」ために起きると考えた。

研究グループは，まず，固化と同時にアモルファスSiが生成したことを確かめるために，固化の際に発生する潜熱を除去するための装置を開発した。液体Siの温度が融点から300℃以上下がった時点で試料を落下させ，ソレノイドによって高速駆動された2個の銅ハンマーによって挟み込み液滴を急冷する。透過電子顕微鏡を用いて観察した結果，数µmサイズのアモルファスSiができていることが分かった。

試料中心部にアモルファスと結晶が混在しており，アモルファスの割合は10%程度。固化の際に発生する潜熱を除去できていないために，ハンマーで試料を挟み込んだ後に試料温度が上昇し，いちどは形成されたアモルファスSiが結晶化したと考えられるという。

アモルファスSiは，通常，気相成長法を用いて作製される。工業的にはモノシランガス中でグロー放電を発生させることにより，アモルファスSiの薄膜が生産されている。この研究では，液体Siの温度を融点から300℃以上下げれば，そこからアモルファスSiが形成されることが分かった。

この研究で用いた試料作製方法では，固化の際に発生する潜熱を取り切れないために，試料中のアモルファスの割合は1割未満にとどまっている。しかし過冷却液体Siを用いれば，そこから直接アモルファスSiが得られたという事実の意義は大きく，これからの材料開発の指針となるとしている。