外界の影響を受けるナノ構造体の化学ポテンシャルのトンネル分光による研究

• Project/Area Number: 15710074
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Nanostructural science
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 大木 泰造 筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 講師 (90359571)
• Project Period (FY): 2003 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥3,700,000 (Direct Cost: ¥3,700,000); Fiscal Year 2005: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2004: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2003: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
• Keywords: ナノクラスター / 単一電子帯電効果 / 化学ポテンシャル / トンネル分光 / 走査型トンネル顕微鏡 / サイズ効果 / NiAl(110) / Al_2O_3超薄膜 / 自己組織化単分子膜 / チオール

Research Abstract

直径が1nm程度の金属クラスターが外部電極と弱く結ばれた系(両者が量子抵抗より充分大きな抵抗を持つトンネルバリアで結合している系)において、その化学ポテンシャルが外部環境でどのような変化をするか、またその結果電極のフェルミレベルとの相対的な位置関係はどのようになるかを知ることを目的として系統的な研究を行っている。前年度まではチオール分子、ジチオール分子からなる自己組織化単分子膜の上に金を蒸着することにより得られる、金クラスター/単分子膜/金(111)基板という構造を作り、走査トンネル顕微鏡を用いてクラスターのトンネル分光を行ってきた。しかしこの方法では金のクラスターしか作れない(下地の金属とクラスターがともに金である)ことや、クラスターや分子が分光中に動き測定に影響を与える等の問題があった。そこで今年度はNiAl(110)基板上に成長するAl_2O_3超薄膜を上の単分子膜/金(111)基板に置き換えることが可能であるか、またその上にクラスターを成長させて化学ポテンシャルの測定を行うことが可能であるかどうかの検証をおこなった。
Al_2O_3超薄膜/NiAl(110)基板上に銀、銅の蒸着を行ったところ、1nmクラスのクラスターを主にドメイン境界上に(クラスター間の相互作用が問題にならない程度に分散して)成長させることが可能であることを確認した。また銅クラスターについてトンネル分光を行ったところAl_2O_3超薄膜は、抵抗〜500MΩ、比誘電率3〜4程度のトンネルバリアとして働くこと(直径1.3nm程度のクラスターの場合)を確認した。クラスターのサイズは蒸着量により制御可能であり、さらにトンネル分光も比較的安定に得ることができた。プレリミナリーな実験において、銅クラスターの化学ポテンシャルの位置がNiAl(110)のフェルミレベルを中心として分布していることが確認された。

Research Products

• [Journal Article] X-ray photoelectron spectroscopy of structurally well-defined Au clusters/molecular layer/Au(111) system (2005)
  • Author(s): Taizo Ohgi, Yukihiro Sakotsubo, Youiti Ootuka, Daisuke Fujita
  • Journal Title: Journal of Surface Analysis 12 Pages: 16-16
• [Journal Article] Tunneling spectroscopy of isolated gold clusters grown on thiol/dithiol mixed self-assembledmonolayers (2005)
  • Author(s): Yukihiro Sakotsubo, Taizo Ohgi, Daisuke Fujita, Youiti Ootuka
  • Journal Title: Physica E 29 Pages: 601-601
• [Journal Article] Measurement of Au nanocluster chemical potential by the analysis of Coulomb staircase (2005)
  • Author(s): Taizo OHGI, Yukihiro SAKOTSUBO, Daisuke FUJITA, Youiti OOTUKA
  • Journal Title: 表面科学 26 Pages: 35-35
  • NAID: 130004784528
• [Journal Article] Growth and Characterization of Isolated Nanoclusters on Mixed Self-Assembled Monolayers (2005)
  • Author(s): Y.Sakotsubo, T.Ohgi, D.Fujita, Y.Ootuka
  • Journal Title: Applied Surface Science 241 Pages: 33-33
• [Journal Article] Capacitance dependence of chemical potential distribution in supported nanoclusters (2004)
  • Author(s): T.Ohgi, Y.Sakotsubo, D.Fujita Y.Ootuka
  • Journal Title: Surface Science 566 Pages: 402-402
• [Publications] 大木泰造, 迫坪行広, 藤田大介, 大塚洋一: "Electrochemical potential arrangement of nanoclusters weakly coupled with metal surface"Applied Physics Letters. 84. 604 (2004)
• [Publications] 大木泰造: "光電子分光とトンネル分光でみた金ナノクラスターの単一電子帯電効果"まてりあ. 43. 122 (2004)