超高真空低温強磁場STMの試作と酸化物超伝導体の観察

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09875150
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 古谷野 有 筑波大学, 物理工学系, 講師 (00215419)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 吉崎 亮造 筑波大学, 物理工学系, 教授 (70011137) ; 池田 博 筑波大学, 物理工学系, 講師 (50272167)
• Keywords: STM / 超高真空 / 低温 / 強磁場 / 原子像 / Bi_2Sr_2CuCn_2O_8

Research Abstract

我々のシステムは試料導入室、試料処理室、XPS観察室、STM室、13テスラ超伝導磁石を内蔵するクライオスタットが空気浮上の除振台に載っている。それぞれの真空チャンバーがかなり複雑な形状をしており、これらの3次元的な配置と真空漏れの対策に苦労したが10^<-11>Torr台の超高真空で試料輸送が可能となった。超伝導磁石はクエンチすることなく13テスラの発生に成功した。我々のシステムではSTMヘッド全体が超伝導磁石のボア内に納められ4.2Kに保持される。Tip Approaching粗動に通常の超高真空低温STMで使われているネジをパルスモーターで回す方式を採用すると室温部分からの熱流入が多くなり、液化ヘリウムの蒸発が激しくなる。そこでピエゾを使った慣性駆動(いわゆるStick and Slip)を試している。ピエゾ係数の温度変化も影響しているが、この方法では摩擦力が重要なファクターとなため、室温で動いても低温で動かない等のトラブルが続発している。熱流入を押さえる工夫をしてネジ駆動に切り替えるかどうか検討中である。エレクトロニクスは完成したのでSTM画像を得ることが出来るようになった。
Bi系超伝導体は2次元性が強いために劈開しやすく、平坦な原子面が現れてSTM観察に適していると考えられているが、劈開すると表面の機械的な強度が低下して探針を接近させると表面が高さ方向に不安定になるため原子像を観察するのは難しい。観察中に表面が剥離することも頻発する。また、表面が意外なほど活性で観察中に酸素原子が抜けてしまうように見受けられる。その酸素や剥離した表面がタングステン探針表面を汚染してSTM像が乱れる。室温観察ではタングステン探針より化学的に安全な白金イリジウム探針の方が良い結果が得られている。

Research Products

• [Publications] H.Ikeda他: "Magntio Properties of Ag-Cu Alloy Sheathed(Bi,Pb)_2Sr_2Ca_2Cu_3O_y Tapes" Advances in Superconductivity. 10. 847-850 (1997)
• [Publications] M.Taniguchi他: "Second Peak and Magnetization Jump in Bi_2Sr_2Ca(Cu_<1-x>Ni_x)_2O_y Single Crystals" Advances in Superconductivity. 10. 187-190 (1997)
• [Publications] K.Oyama他: "Ac Susceptibility Measurement in the Bi_<2+x>Sr_<2-(x+y)>La_yCuO_<6+z> Single Crystal" 10. 203-206 (1997)
• [Publications] L.X.Chen他: "Effect of Zn impurities on the Mixed State Hall Effect in Bi-2212 Single Crystal" Physica C. 282-287. 1205-1206 (1997)
• [Publications] R.Yoshizaki他: "Out-of-plane Magnetoresistance in Bi_2(Sr,La)_2CuO_<6+d> Single Crystals" Physica C. 282-287. 1219-1220 (1997)