第一原理計算による結晶成長理論

• Project/Area Number: 04227209
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 小林 功佳 東京大学, 理学部, 助手 (80221969)
• Project Period (FY): 1992
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1992)
• Budget Amount: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000); Fiscal Year 1992: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
• Keywords: ステップ / 結晶成長 / 走査トンネル顕微鏡 / グラファイト

Research Abstract

表面上のステップの状態を調べることは結晶成長のメカニズムを明らかにするための一つの重要な鍵となる。本研究ではグラファイトのステップの状態を第一原理的なバンド計算により明らかにした。
ステップの状態を調べる上で画期的な実験手段は走査トンネル顕微鏡(STM)である。グラファイトのSTM像ではグラファイトの電子状態を反映して、原子が一つおきに見える三角格子像が得られることが知られているが、そのほかにも、探針の影響、局所的な欠陥、下地の影響などにより様々なSTM像が得られることが知られている。特に、グラファイトのステップ付近では√<3>×√<3>構造が見られ、さらに正常なグラファイト像からのずれがステップに近づくにつれて連続的に大きくなることが報告されている。
そこで、グラファイトのステップでの電子状態を理論的に調べるためにLCAO-DV-Xα法を用いてバンド計算を行った。その結果、特徴的なこととしてステップに局在した状態がフェルミ・レベルにあらわれることがわかった。また、STM像を計算するとテラスで見られるものと似たような三角格子像が得られるが、そのピークはステップから遠ざかるにつれて次第に原子位置からずれてゆくことがわかった。さらにSTSでは局在レベルを反映してステップ付近でフェミ・レベルにピークがあらわれ、そのピークは、ステップから遠ざかるにつれて次第に減衰し、ステップから5原子程度でほとんどバルクの状態と変わらないことがわかった。