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2014 Fiscal Year Annual Research Report

機能性4探針STMによる分子の電子・スピン輸送特性の研究

Planned Research

Project AreaMolecular Architectonics: Orchestration of Single Molecules for Novel Function
Project/Area Number 25110010
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

長谷川 修司  東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (00228446)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 平原 徹  東京工業大学, 理工学研究科, 准教授 (30451818) [Withdrawn]
高山 あかり  東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (70722338)
Project Period (FY) 2013-06-28 – 2018-03-31
Keywords多探針走査トンネル顕微鏡 / 分子電気伝導 / スピン伝導
Outline of Annual Research Achievements

(1)Nickel Bis(dithiolene) Complex π-Nanosheetの単一フレークの電気伝導測定: この物質は「カゴメ格子」状の単分子層物質であり、2次元トポロジカル絶縁体の有機物シートとして理論的に予想されているが、本測定によって極めて高い電気伝導度を持つことが示され、その結果をJ. Am. Chem. Soc. 136, 14357-14360 (Sep, 2014) に出版することができた。従来は、多数のフレークをペレット状に固めた試料で電気伝導度を測定していたが、本研究では、単一フレークに4本の探針を接触させて電気伝導度を測定した。その結果、従来の値より一桁以上高いことが判明した。もし、この物質が2次元トポロジカル有機絶縁体であるのなら、この高い電気伝導度はエッジ伝導に起因していると思われる。さらに酸化還元によって値が変わることもわかった。酸化還元反応によって物質をトポロジカル物質からトリビアル物質に転移させている可能性がある。
(2) シリセンとグラフェンの極低温での量子伝導の測定:Ag(111)表面上に成長させた多層シリセン、およびSiC結晶表面上に成長させた2層グラフェンの電気伝導を1K前後の極低温で測定した。その結果、Ag金属表面上うにも関わらずシリセンの伝導が測定でき、弱局在が見られた。グラフェンでも同様の現象が見られ、電子電子散乱や電子格子散乱の情報が得られた。
(3) カーボンナノチューブ探針の作成:磁性金属でコーティングしたカーボンナノチューブSTM探針を作成し、STM動作を確認した。来年度では、この探針を用いて、スピン分解した電気伝導の測定を行う予定である。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

昨年行った4探針走査トンネル顕微鏡の走査電子顕微鏡(SEM)の高分解能化のための改造が完了し、今年度作成したカーボンナノチューブ探針(直径20 nm程度)を観察することができた。この探針は磁性薄膜でコーティングされているので、スピン分解した電気伝導の測定に極めて有用であり、平成27年度には、それを活用した実験を行える。

Strategy for Future Research Activity

磁性探針を装着した4探針走査トンネル顕微鏡を活用し、スピン依存の電気伝導も含めて、単原子層および単分子層構造の試料の電気輸送特性を測定していく。
(1) 本領域の他グループから提供された酸化グラフェンの測定を開始した。その結果と試料作成条件との関連を探る。酸化グラフェンはバンドギャップの開いた半導体的性質を持っているので、その特性は酸化状態に敏感に依存することが予想される。電気伝導度の温度依存性などが重要な情報をもたらすと期待される。
(2) 2層グラフェンにアルカリ金属をインターカレートすると電子格子相互作用が強くなり超伝導になることが光電子分光の測定から予想されているが、当研究室の「強磁場印加型ミリケルビンマイクロ4端子装置」を用いて、それを確かめ、超伝導特性を明らかにする。試料は東北大の高橋隆研から提供。
(3) カーボンナノチューブにパーマロイ薄膜をコーティングした磁性探針を用い、スピン依存電気伝導の測定を行う。試料として2次元トポロジカル絶縁体と予想されているNickel Bis(dithiolene) Complex π-Nanosheetの単一フレーク(西原グループ提供の試料)やBiバイレイヤーなどを用いる予定である。
(4) その他の有機・無機分子層試料や長鎖状分子試料を本領域の他グループから提供を受け、その伝導特性を測定する。

  • Research Products

    (18 results)

All 2015 2014 Other

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Acknowledgement Compliant: 6 results,  Open Access: 1 results) Presentation (11 results) (of which Invited: 4 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] In situ Magnetotransport Measurements of Ultrathin Bi films: Evidence for a Surface-Bulk Coherent Transport2014

    • Author(s)
      M. Aitani, *T. Hirahara, S. Ichinokura, M. Hanaduka, D. Y. Shin, S. Hasegawa
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 113 Pages: 206802-1~-5

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.113.206802

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] In-situ Micro-fabrication and Measurements of Bi2Se3 Ultrathin Films in a Multi-chamber System having Focus Ion Beam, Molecular Beam Epitaxy, and Four-Tip Scanning Tunneling Microscope2014

    • Author(s)
      N. Fukui, R. Hobara, T. Hirahara, Y. Miyatake, H. Mizuno, T. Sasaki, T. Nagamura, S. Hasegawa
    • Journal Title

      e-Journal of Surface Science and Nanotechnology

      Volume: 12 Pages: 423-430

    • DOI

      10.1380/ejssnt.2014.423

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Redox Control and High Conductivity of Nickel Bis(dithiolene) Complex π-Nanosheet: A Potential Organic Two-Dimensional Topological Insulator2014

    • Author(s)
      Tetsuya Kambe, Ryota Sakamoto, Tetsuro Kusamoto , Tigmansu Pal , Naoya Fukui, Ken Hoshiko , Takahiro Shimojima , Zhengfei Wang , Toru Hirahara, Kyoko Ishizaka , Shuji Hasegawa
    • Journal Title

      Journal of the American Chemical Society

      Volume: 136 Pages: 14357-14360

    • DOI

      10.1021/ja507619d

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Structure Determination of Multilayer Silicene Grown on Ag(111) films by Electron Diffraction: Evidence for Ag Segregation at the Surface2014

    • Author(s)
      Terufusa Shirai, Tetsuroh Shirasawa, *Toru Hirahara, Naoya Fukui, Toshio Takahashi, Shuji Hasegawa
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 89 Pages: 241403-1~-5

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.89.241403

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Structure and transport properties of Cu doped Bi2Se3 films2014

    • Author(s)
      T. Shirasawa, M. Sugiki, T. Hirahara, M. Aitani, T. Shirai, S. Hasegawa, and T. Takahashi
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 89 Pages: 195311-1~-6

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.89.195311

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Electron-spin dependent 4He+ ion scattering on Bi surfaces2014

    • Author(s)
      S. Ichinokura , T. Hirahara, S. Hasegawa, O. Sakai and T.T. Suzuki
    • Journal Title

      Radiation Effects and Defects in Solids

      Volume: 169 Pages: 1003-1009

    • DOI

      10.1080/10420150.2014.977284

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] BiおよびBi/Ag薄膜のラシュバ効果による光誘起電圧の円二色性2015

    • Author(s)
      石原大嵩,福居直哉,花塚真大,保原麗,高山あかり,平原徹,長谷川修司
    • Organizer
      日本物理学会第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学(東京都新宿区)
    • Year and Date
      2015-03-21 – 2015-03-21
  • [Presentation] Spin Current at Surfaces of Strong Spin-Orbit Coupling Materials2014

    • Author(s)
      S. Hasegawa, Takeshi Tono, Naoya Fukui, Toru Hirahara, Rei Hobara, Akari Takayama
    • Organizer
      Pacific Rim Symposium on Surfaces, Coatings & Interfaces (PacSurf 2014)
    • Place of Presentation
      Hapuna Beach Prince Hotel, Hawaii, USA
    • Year and Date
      2014-12-06 – 2014-12-09
  • [Presentation] Spins Transport at Crystal Surfaces2014

    • Author(s)
      S. Hasegawa
    • Organizer
      The 2nd International Symposium on the Functionality of Organized Nanostructures
    • Place of Presentation
      Miraikan, Tokyo, Japan
    • Year and Date
      2014-11-27 – 2014-11-28
    • Invited
  • [Presentation] 微斜面トポロジカル絶縁体薄膜の電気伝導異方性2014

    • Author(s)
      福居 直哉, 平原 徹, 長谷川 修司
    • Organizer
      日本表面科学会 第34回学術講演会
    • Place of Presentation
      くにびきメッセ(島根県松江市)
    • Year and Date
      2014-11-07 – 2014-11-07
  • [Presentation] Structure and Transport Properties of Cu-Doped Bi2Se3 Films2014

    • Author(s)
      T. Shirasawa, M. Sugiki, T. Hirahara, M. Aitani, T. Shirai, S. Hasegawa and T. Takahashi
    • Organizer
      The 7th International Symposium on Surface Science
    • Place of Presentation
      くにびきメッセ、Matsue, Japan
    • Year and Date
      2014-11-03 – 2014-11-06
  • [Presentation] The electric conduction anisotropy of topological insulator thin films, Bi2Te3 and Bi2Se3 grown on a vicinal substrate2014

    • Author(s)
      N. Fukui, T. Hirahara, and S. Hasegawa
    • Organizer
      The 7th International Symposium on Surface Science
    • Place of Presentation
      くにびきメッセ、Matsue, Japan
    • Year and Date
      2014-11-03 – 2014-11-06
  • [Presentation] Spins at Crystal Surfaces2014

    • Author(s)
      S. Hasegawa
    • Organizer
      LMU-Todai Cooperation in Physics Workshop
    • Place of Presentation
      Ludwig-Maximilrian University, Munchen, Germany
    • Year and Date
      2014-10-27 – 2014-10-27
    • Invited
  • [Presentation] Spins Current at Surfaces2014

    • Author(s)
      Takeshi Tono, Naoya Fukui, Toru Hirahara, Rei Hobara, S. Hasegawa
    • Organizer
      Asia-Pacific Symposium on Solid Surfaces
    • Place of Presentation
      Far Easyern Fedral University, Vladivostok, Russia
    • Year and Date
      2014-09-30 – 2014-10-01
  • [Presentation] CuドープBi2Se3薄膜の構造と電子輸送特性2014

    • Author(s)
      白澤徹郎,杉木祐人,平原徹,長谷川修司,高橋敏男
    • Organizer
      日本物理学会 2014年秋季大会
    • Place of Presentation
      中部大学(愛知県春日井市)
    • Year and Date
      2014-09-10 – 2014-09-10
  • [Presentation] 走査プローブ顕微鏡 ―ピコスケールで物質の表面を観る、計る、加工する―2014

    • Author(s)
      長谷川修司
    • Organizer
      日本顕微鏡学会 第24回電子顕微鏡大学
    • Place of Presentation
      東京大学(東京都文京区)
    • Year and Date
      2014-06-13 – 2014-06-13
    • Invited
  • [Presentation] 走査プローブ顕微鏡の現在、過去、未来―2014

    • Author(s)
      長谷川修司
    • Organizer
      日本表面科学会 実用顕微評価技術セミナー
    • Place of Presentation
      東京大学(東京都文京区)
    • Year and Date
      2014-06-06 – 2014-06-06
    • Invited
  • [Remarks] http://www-surface.phys.s.u-tokyo.ac.jp/

URL: 

Published: 2016-06-01  

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