STMの近接真空ギャップ中の電子定在波励起を利用した表面電界の研究

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12450022
• Research Institution: Japan Advanced Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 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)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 新井 豊子 北陸先端科学技術大学院大学, 材料科学研究科, 助手 (20250235)
• Keywords: 走査型トンネル顕微鏡 / 電子定在波 / 真空ギャップ / 電界放射 / 表面電界 / 鏡映力表面状態

Research Abstract

本研究では、超高真空STMを用いて清浄表面を原子分解能で観察しながらSTM真空ギャップ中に電子定在波を励起する.電子定在波を励起するためには、STM探針と試料表面間に、両者の仕事関数よりも高い電圧を印加し、探針から電子を電界放射させる必要がある.この放射電子は試料面と探針先端で繰り返し反射され、特定の条件下では、真空ギャップ中に電子定在波が形成される.そのとき、微分コンダクタンス-印加電圧特性を測定すると、一連のピークが観察される.簡単な量子力学のポテンシャル問題を解くと、このピークの間隔は、試料近傍に拘束された電子定在波の特性を反映し、おもに試料表面の電界分布に対応することがわかる.そこで、そのピーク間隔から表面電界を推量した.探針を熱電界印加(T-F)処理すると、スペクトルの再現性が向上すること、探針の曲率によってスペクトルのピーク間隔が変わることなどを確認した.[011]方位のW探針の先端形状をT-F処理によりそろえて真空ギャップ中の電界の境界条件をそろえ、Au(111)、Si(111)、
Si(001)、Ge(001)面で微分コンダクタンス-印加電圧特性を測定した.得られた微分コンダクタンススペクトルのピークに注目すると、あたかも原子種の原子番号に依存したように、ピーク間隔が広がる現象が確認された.Au表面で電界強度がきわめて高く、以下、Ge、Siと続いた.このピーク間隔の変化から、原子種・表面構造による表面近傍の電界変化を推量し、原子ポテンシャル、電子密度、イメージ状態との関連を考察した.

Research Products

• [Publications] Y.Suganuma: "Analysis of electron standing waves in a vacuum gap of scanning tunneling microscopy : measurement of band bending through energy shifts of electron standing wave"J.Vac.Sci.Technol.. B18. 48-54 (2000)
• [Publications] Y.Suganuma: "Evaluation of an electric field over sample surfaces by electron standing waves in a vacuum gap of scanning tunneling microscopy"Jpn.J.Appl.Phys.Pt.1.. 39・6B. 3758-3760 (2000)