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

2001 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): 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) ; 武笠 幸一 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00001280) ; 西 竜治 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (40243183)
• Keywords: 原子間力顕微鏡 / 非接触 / 原子分解能 / 原子間力の判別 / 原子の力学的同定 / 交換力顕微法 / 原子位置の力学的制御 / 極低温

Research Abstract

1)原子間力相互作用の判別方法の確立
Si(111)7x7表面に酸素を吸着させて、Si原子に働く短距離力である共有結合力と負に帯電した酸素原子に働く長距離力である静電気力を原子間力相互作用の距離依存性で判別する方法を確立した。
2)原子の力学的同定方法の確立
短距離力である共有結合力が働くIV属のSi原子とGe原子の判別を、Si(111)7x7上のGe混在表面で試みた結果、Ge原子の共有結合力がSi原子の共有結合力より弱く判別可能で有る事を見いだした。
3)交換力顕微法の確立
強磁性体探針を用いた反強磁性体Ni0(001)表面の非接触AFM原子分解能観察を行い、スピンの反強磁性的配列を交換力で実空間画像化する交換力顕微法の確立に成功した。
4)非接触AFMとSTMの同時測定による原子間力の判別と原子の同定
力学的な情報が得られる非接触AFMと電子に関する情報が得られるSTMの同時測定により、バイアス依存性などを利用して、原子間力の判別と原子の同定を行う方法を確立した。
5)極低温非接触AFMを用いた原子位置の力学的制御
熱ドリフトが小さい極低温環境を利用して、Si(100)C(4x2)のバックリングした非対称Siダイマーの低い方のSi原子を力学的に上に引っ張り上げ、非対称Siダイマーを強制的にフリップ・フロップさせて、Si(100)2x1の画像に変えることに成功した。
6)原子間力の制御と原子位置の力学的制御
Si(100)1x1:2D表面にSi探針を近づける事により引力相互作用を強くして、表面の重水素原子を力学的に引っ張り上げることにより、探針誘起2x1構造や探針誘起1x1構造が現れる事を見いだした。

Research Products

• [Publications] Y.Sugawara et al.: "Noncontact AFM imaging on a Si(111)2x1-Sb surface with occupied lone-pair orbitals"Appl.Phys.A. Vol.72. S11-S14 (2001)
• [Publications] H.Hosoi et al.: "Non-contact atomic force microscopy of an antiferromagnetic NiO(100) surface using a ferromagnetic tip"Appl.Phys.A. Vol.72. S23-S26 (2001)
• [Publications] T.Arai, M.Tomitori: "Simultaneous imaging of tunneling current and damping energy by noncontact-AFM in ultrahigh vacuum"Appl.Phys.A. Vol.72. S51-S54 (2001)
• [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.72. S93-S95 (2001)
• [Publications] N.Suehira et al.: "Artifact and Fact of Si(111)7x7 Surface Images Observed with a Low Temperature Noncontact Atomic Force Microscope (LT-NC-AFM)"Jpn.J.Appl.Phys. 40・3B. L292-L294 (2001)
• [Publications] M.Ashino et al.: "ATOMIC RESOLUTION NONCONTACT ATOMIC FORCE AND SCANNING TUNNELING MICROSCOPY OF TiO2[110]-[1x1] AND -[1x2]:SIMULTANEOUS IMAGING OF SURFACE STRUCTURE AND ELECTRONIC STATES"Phys.Rev.Lett.. 86・19. 4334-4337 (2001)
• [Publications] N.Suehira et al.: "Low-temperature noncontact atomic-force microscope with quick sample and cantilever exchange mechanism"Review of Scientific Instruments. 72・7. 2971-2976 (2001)
• [Publications] S.Morita, Y.Sugawara: "Microscopic contact charging and dissipation"Thin Solid Films. Vol.393. 310-318 (2001)
• [Publications] S.Fujisawa et al.: "Load dependence of sticking-domain distribution in two-dimensional atomic scale friction of NaF(100) surface"Tribology Letters. No.9. 69-72 (2001)
• [Publications] M.Komiyama et al.: "Molecular orbital interpretation of thymine/graphite nc-AFM images"SURFACE AND INTERFACE ANALYSIS. VOl.32. 53-56 (2001)
• [Publications] S.Morita, Y.Sugawara: "Mapping and Control of Atomic Force on Si(111)√<3>×√<3>-Ag Surface Using Noncontact Atomic Force Microscope"Ultramicroscopy. (in press). (2002)
• [Publications] T.Arai, M.Tomitori: "Germanium Islands Grown on a Si(111)7x7 Surface Observed by Noncontact Atomic Force Microscopy with Simultaneous Imaging on Damning"Appl.Surf.Sci.. (in press). (2002)
• [Publications] T.Arai et al.: "DNA Molecules Sticking on a Vicinal Si(111) Surface Observed by Noncontact Atomic Force Microscopy"Appl.Surf.Sci.. (in press). (2002)
• [Publications] S.Araragi et al.: "Atomic resolution imaging of Si(100)1x1:2H dihydride surface with noncontact atomic force microscopy(NC-AFM)"Appl.Surf.Sci.. (in press). (2002)
• [Publications] T.Uozumi et al.: "Observation of Si(100) surface with noncontact atomic force microscope at 5 K"Appl.Surf.Sci.. (in press). (2002)
• [Publications] Y.Sugawara et al.: "Atom manipulation and image artifact on Si(111)7x7 surface using a low temperature noncontact atomic force microscope"Appl.Surf.Sci.. (in press). (2002)
• [Publications] K.Okamoto et al.: "The elimination of the 'artifact' in the electrostatic force measurement using a novel noncontact atomic force microscope/electrostatic force microscope"Appl.Surf.Sci.. (in press). (2002)
• [Publications] 森田清三, 菅原康弘: "21世紀の原子分子ナノテクノロジー"大阪大学低温センターだより. No.113. 5-9 (2001)
• [Publications] 森田清三, 菅原康弘: "走査プローブ顕微鏡によるナノテクノロジー"応用物理. 70・10. 1155-1164 (2001)
• [Publications] 菅原康弘, 森田清三: "ノーベル賞と分光学 IV.走査型トンネル顕微鏡と原子間力顕微鏡"分光研究. 50・3. 284-293 (2001)
• [Publications] 細井浩貴他: "交換相互作用力顕微鏡の開発と現状"日本応用磁気学会誌. Vol.25. 1507-1515 (2001)
• [Publications] 新井豊子: "NC-AFM像の印加電圧依存性と画像化技術"応用物理. 70・10. 1205-1207 (2001)
• [Publications] 森田清三: "21世紀のナノテクノロジーへの期待"応用物理学会薄膜・表面物理分科会NEWS LETTER. No.113. 1-2 (2001)
• [Publications] 森田清三, 菅原康弘: "非接触原子間力顕微鏡で半導体の何がどこまで見えるか?"表面科学. 23・3(印刷中). (2002)
• [Publications] 森田清三: "ナノ構造を観察する -走査型プローブ顕微鏡"日本の科学者. 37・2. 60-67 (2002)
• [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)
• [Publications] 森田清三分担執筆: "日経先端技術"ナノテク要覧""日本経済新聞社/日経産業消費研究所. 252(6) (2001)
• [Publications] 川合知二監修: "図解・ナノテクノロジーのすべて"株式会社 工業調査会. 287(4) (2001)
• [Publications] B.Bhushan(Editor): "Fundamentals of Tribology and Bridging the Gap Between the Macro-and Micro/Nanoscales"Kluwer Academic Publishers. 963(37) (2001)
• [Publications] M.Ohtsu(Editor): "Optical and Electronic Process of Nano-Matters"KTK Scientific Publishers/Tokyo. 334(42) (2001)