アニオン性電子層を有する2次元エレクトライドCa2N
2次元エレクトライドに関する論文が興味深かったのでアブストラクトを訳してみました。
（本文中に付いている引用文献の注はリンクされていません）
Dicalcium nitride as a two-dimensional electride with an anionic electron layer
Kimoon Lee, Sung Wng Kim, Yoshitake Toda, Satoru Matsuishi & Hideo Hosono
Nature(2013) doi:10.1038/nature11812
[Abstract]
Recent studies suggest that electrides—ionic crystals in which electrons serve as anions—are not exceptional materials but rather a generalized form, particularly under high pressure1, 2, 3. The topology of the cavities confining anionic electrons determines their physical properties4. At present, reported confining sites consist only of zero-dimensional cavities or weakly linked channels4. Here we report a layered-structure electride of dicalcium nitride, Ca2N, which possesses two-dimensionally confined anionic electrons whose concentration agrees well with that for the chemical formula of [Ca2N]+·e−. Two-dimensional transport characteristics are demonstrated by a high electron mobility (520 cm2 V−1 s−1) and long mean scattering time (0.6 picoseconds) with a mean free path of 0.12 micrometres. The quadratic temperature dependence of the resistivity up to 120 Kelvin indicates the presence of an electron–electron interaction. A striking anisotropic magnetoresistance behaviour with respect to the direction of magnetic field (negative for the field perpendicular to the conducting plane and positive for the field parallel to it) is observed, confirming diffusive two-dimensional transport in dense electron layers. Additionally, band calculations support confinement of anionic electrons within the interlayer space, and photoemission measurements confirm anisotropic low work functions of 3.5 and 2.6 electronvolts, revealing the loosely bound nature of the anionic electrons. We conclude that Ca2N is a two-dimensional electride in terms of [Ca2N]+·e−.
[要旨]
最近の研究では、エレクトライド－すなわち電子がアニオンとしてふるまうイオン性結晶－は、例外的な物質というよりもむしろ、特に高圧化においては一般的なものと考えられている。アニオン性電子を包摂するような空間のトポロジーは、その電子の物性を決定する。現在報告されている包摂格子は、0次元の空隙または弱く結合したチャンネルで出来ている。ここでは、層状構造を持つエレクトライド－二カルシウム窒化物 Ca2N を報告する。この物質は、アニオン性電子を２次元的に保持し、[Ca2N]+·e−で表される化学式とほぼ等しい電子濃度を有する。高い電子移動度(520 cm2 V−1 s−1) と、0.12umの平均自由行程に伴う、長い平均散乱時間(0.6us)とから、その２次元的な輸送特性が明らかとなった。また、120ケルビンまでの電気抵抗が、温度の２次に依存することから、電子－電子相関の存在が示唆される。さらに、磁場方向に対して、磁気抵抗の著しい異方性が観測された（伝導層に対して、垂直方向のときは負、水平方向では正となる）。このことから、厚い電子層における２次元的な拡散輸送であることが確認される。加えて、バンド計算により、アニオン性電子が層間に閉じ込められていることが言える。また、光放出の測定により、3.5 eV, 2.6 eVという異方的な低い仕事関数が確認された。すなわち、アニオン性電子はゆるく束縛された特徴を持つことが明らかとなった。これらのことから、Ca2Nは、[Ca2N]+·e−で示される2次元エレクトライドと考えられる。
