半導体材料の電気特性はその中に微量に存在する水素によって大きく左右されるが、その原子レベルでのメカニズムを調べる手段は極めて限られている。東北大学金属材料研究所の岡部博孝特任助教、茨城大学理工学研究科の平石雅俊研究員、高エネルギー加速器研究機構 物質構造科学研究所ミュオン科学研究系の幸田章宏准教授、門野良典特別教授、物質・材料研究機構 (NIMS) 機能性材料研究拠点の大橋直樹拠点長、および東京工業大学国際先駆研究機構元素戦略MDX研究センターの細野秀雄特命教授らの研究グループは、大強度陽子加速器施設（J-PARC）物質・生命科学実験施設（MLF）の汎用µSR実験装置（ARTEMIS）を用い、パワー半導体として注目が集まるβ-Ga₂O₃中での「擬水素」としてのミュオンの局所電子状態を詳細に調べた。その結果、ミュオンはそれ自身で電子のドナー・アクセプター役に対応する2つの準安定状態を取ることが判明した。特に、アクセプター状態の存在はJ-PARCの大強度ビームによる高統計データで初めて明らかにされたもので、最近提案された「両極性モデル」を支持する結果となった。また、アクセプター状態のミュオンは伝導帯と電子をやり取りし、一時的に中性の状態を経由しながら結晶中を高速に拡散していることが示され、これにより微量水素がβ-Ga₂O₃中の電気特性に影響を及ぼす新たなメカニズムの一端が明らかになった。
この研究成果は、米国科学雑誌Physical Review B にLetterとして1月18日掲載（オンライン公開）された。
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