超高分解能原子間力プローブ法による原子の力学的分光と制御

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11226204
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 森田 清三 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50091757)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西 竜治 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (40243183) ; 菅原 康弘 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (40206404) ; 富取 正彦 北陸先端科学技術大学院大学, 材料科学研究科, 助教授 (10188790)
• Keywords: 原子間力顕微鏡 / 原子間力 / 非接触 / 原子間力分光 / フォース・マッピング / 原子分解能 / 探針先鋭化 / 探針清浄化

Research Abstract

1)次世代超高分解能非接触原子間力顕微鏡装置の導入
平成11年度に設計した安定で再現性良く真の原子分解能を得ることの出来る超高感度・超高分解能の「次世代非接触原子間力顕微鏡(AFM)装置」を導入した。
2)非接触原子間力顕微鏡探針の更なる清浄化処理とその評価方法の確立
集束イオンビーム(FIB)装置を用いて、非接触AFM用Si探針を加工して先鋭化処理を行い、走査型オージェ電子分光顕微鏡(SAM)で探針先端を評価した。
3)非接触原子間力顕微鏡を用いた原子間力分光(フォース・マッピング)
3-1.Si(100)1x1:2Hダイハイドライド非接触AFM像のZ距離依存性
非接触AFMを用いて、Si(100)1x1:2Hダイハイドライド表面の非接触AFM像の距離依存性を測定した。その結果、接触直前では、1x1構造の非接触AFM像が得られたが、少し遠方では2x1構造となる現象が見いだされた。この結果は、非接触AFM測定に伴う引力が表面のSi-H_2構造の傾きに影響を与え、引力に伴う自己組織化現象で表面構造が2x1に変化する可能性が示された。
4)非接触原子間力顕微鏡を用いた原子間力の制御
4-1.Si(111)5√3x5√3-Sb非接触AFM像に働く化学結合力の制御
Si(111)5√3x5√3-Sb表面には、多数Sbアダトムに小数Siアダトムが混在している。これらのSb原子やSi原子と探針先端原子との間に働く化学結合力を選択的に制御する方法として、Si探針を用いた場合とSb吸着探針を用いた場合を比較した。その結果、Si探針を用いた場合は、Si原子との化学結合力がSb原子との化学結合力よりも少し強いが、Sb吸着探針を用いた場合は、Si原子との化学結合力は働くが、Sb原子との化学結合力は働かなくなる事を見いだした。これらの結果は、結合次数の相違で説明できることを明らかにした。

Research Products

• [Publications] K.Yokoyama et.al.: "Optical beam deflection noncontact atomic force microscope with three -dimensional beam adjustment mechanism"Rev.Sci.Instrum.. 71・1. 128-132 (2000)
• [Publications] K.Yokoyama et.al.: "Atomic Resolution Imaging on Si(100)2x1 and Si(100)2x1 : H Surfaces with Noncontact Atomic Force Microscopy"Jpn.J.Appl.Phys.. 39・2A. L113-L115 (2000)
• [Publications] T.Uchihashi et.al.: "Identification of B-Form DNA in an Ultrahigh Vacuum by Noncontact -Mode Atomic Force Microscopy"Langmuir. 16・3. 1349-1353 (2000)
• [Publications] S.Morita et.al.: "Defects and their charge imaging on semiconductor surfaces by noncontact atomic force microscopy and spectroscopy"Journal of Crystal Growth. Vol.210. 408-415 (2000)
• [Publications] S.Morita et.al.: "Correlation of frequency shift discontinuity to atomic positions on a Si(111)7x7 surface by noncontact atomic force microscopy"Nanotechnology. Vol.11. 120-123 (2000)
• [Publications] T.Arai and M.Tomitori: "Atomic force microscope tip sharpening and evaluation by electric field confinement using a metal grid approached to the tip"J.Vac.Sci.Technol.B. 18・2. 648-652 (2000)
• [Publications] Y.Sugawara et.al.: "Noncontact AFM imaging on Al -adsorbed Si(111) surface with an empty orbital"Appl.Surf.Sci.. 157・4. 239-243 (2000)
• [Publications] T.Uchihashi et.al.: "High-resolution imaging of organic monolayers using noncontact AFM"Appl.Surf.Sci.. 157・4. 244-250 (2000)
• [Publications] N.Suehira et.al.: "Development of low temperature ultrahigh vacuum noncontact atomic force microscope with PZT cantilever"Appl.Surf.Sci.. 157・4. 343-348 (2000)
• [Publications] R.Nishi et.al.: "Phase change detection of attractive force gradient by using a quartz resonator in noncontact atomic force microscopy."Appl.Surf.Sci.. 157・4. 332-336 (2000)
• [Publications] M.Ashino et.al.: "Atomic-scale structure on a non-stoichiometric TiO_2(110) surface studied by noncontact AFM"Appl.Surf.Sci.. 157・4. 212-217 (2000)
• [Publications] T.Arai and M.Tomitori: "Bias dependence of Si(111)7x7 images observed by noncontact atomic force microscopy"Appl.Surf.Sci.. 157・4. 207-211 (2000)
• [Publications] T.Arai and M.Tomitori: "Simultaneous Imaging of Tunneling Current Variation by Noncontact Atomic Force Microscopy in Ultrahigh Vacuum"Jpn.J.Appl.Phys.. 39・6B. 3753-3757 (2000)
• [Publications] M.Ashino et.al.: "Structures of an Oxygen-Deficient TiO_2(110) Surface Studied by Noncontact Atomic Force Microscopy"Jpn.J.Appl.Phys.. 39・6B. 3765-3768 (2000)
• [Publications] T.Uchihashi et.al.: "Carbon-Nanotube Tip for Highly-Reproducible Imaging of Deoxyribonucleic Acid Helical Turns by Noncontact Atomic Force Microscopy"Jpn.J.Appl.Phys.. 39・8B. L887-L889 (2000)
• [Publications] M.Ashino et.al.: "STM and atomic-resolution noncontact AFM of an oxygen-deficient TiO_2(110) surface"Phys.Rev.B. 61・20. 13955-13959 (2000)
• [Publications] Y.Sugawara et.al.: "Noncontact AFM imaging on a Si(111)2x1-Sb surface with occupied lone-pair orbitals"Appl.Phys.A. Vol.71(In press). (2000)
• [Publications] R.Nishi et.al.: "A noncontact atomic force microscope in air using a quartz resonator and the FM detection method"Appl.Phys.A. Vol.71(In press). (2000)
• [Publications] T.Arai and M.Tomitori: "Simultaneous imaging of tunneling current and damping energy by noncontact-AFM in ultrahigh vacuum"Appl.Phys.A. Vol.71(In press). (2000)
• [Publications] S.Morita and Y.Sugawara: "Microscopic Contact Charging and Dissipation"Thin Solid Films. (In press). (2001)
• [Publications] 森田清三,菅原康弘: "ナノ力学に基づいた原子分子技術"生産と技術. 52・2. 9-14 (2000)
• [Publications] 森田清三,菅原康弘: "原子間力顕微鏡による帯電素過程の研究"静電気学会誌. 24・1. 8-14 (2000)
• [Publications] 森田清三: "21世紀のナノテクノロジー"KAST Report[(財)神奈川科学技術アカデミー]. 12・1. 2-7 (2000)
• [Publications] 富取正彦,新井豊子: "<トンネル顕微鏡技術の基礎>装置・手法としての可能性と限界"応用物理. 69・4. 435-438 (2000)
• [Publications] 森田清三: "次世代ナノテクノロジー"大阪大学工業会誌「テクノネット」. No.511. 24-27 (2000)
• [Publications] 森田清三,菅原康弘: "非接触原子間力顕微鏡と原子分子のナノ力学"学術月報. 53・12. 1319-1324 (2000)
• [Publications] 森田清三 編著 他: "走査型プローブ顕微鏡-基礎と未来予測-"丸善株式会社. 181 (2000)
• [Publications] 森田清三: "はじめてのナノプローブ技術(ビギナーズブックス18)"株式会社 工業調査会. 194 (2001)