2016 Fiscal Year Annual Research Report
原子間力顕微鏡を用いた絶縁体表面でのナノ構造体構築と気体反応メカニズム解明
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16H06327
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
菅原 康弘 大阪大学, 工学研究科, 教授 (40206404)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
李 艶君 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (50379137)
内藤 賀公 大阪大学, 工学研究科, 助教 (90362665)
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| Project Period (FY) |
2016-05-31 – 2021-03-31
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| Keywords | 走査プローブ顕微鏡 / ナノ材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
絶縁体表面上のナノ構造体の物理・化学的性質は、ナノ構造体のサイズと表面欠陥により劇的に変化する。しかし、どのような構造および電荷状態が反応活性に有効なのかは未解明である。そこで、本研究は、様々な環境（極低温・超高真空中、および、室温・反応ガス中）で動作する非接触原子間力顕微鏡を駆使して、絶縁体表面の欠陥とナノ構造体との間の電荷移動現象を解明するとともに、ナノ構造体の構造と電荷状態が触媒メカニズムにどのように関係するかを原子スケールで解明することを目的とする。
絶縁体表面での電荷移動現象を解明するためには、表面の３次元的な静電ポテンシャル分布を導出し、表面欠陥とナノ構造体との間の電荷移動に必要な障壁の大きさと経路を議論することが重要である。そこで、探針・試料間距離を変えながら、静電的相互作用によるカンチレバーの共振周波数の変化を３次元的に測定し、数値計算により、３次元的な静電ポテンシャル分布を導出できるようにした。
また、原子操作や電荷状態測定を高精度に行うため、原子間力顕微鏡の高感度化と高分解能化を実現した。具体的には、従来のカンチレバーに比べて、ばね定数が大きく、共振周波数の高いカンチレバーを導入し、小振動振幅での安定動作を実現した。
さらに、原子間力顕微鏡と３次元静電気力分光法を用いて、絶縁体表面の欠陥構造と電荷状態を検討した。ここで、表面の欠陥としては、原子空孔などの点欠陥およびドメイン境界の線欠陥などを取り上げた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画通り、試料表面の静電ポテンシャルの３次元分布を導出する３次元静電気力分光法の開発を行った。また、原子操作や電荷状態測定を高精度に行うため、原子間力顕微鏡の高感度化・高分解能化を実現した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、絶縁体表面において欠陥から遠く離れたところに形成したナノ構造体の電荷状態や欠陥近傍に形成したナノ構造体の電荷状態を検討する。具体的には、探針・試料間に働く静電気力を解析する３次元静電気力分光法を駆使して、ナノ構造体の次元や原子種、原子数、構造が、局所電荷状態にどのように影響するかを解明する。
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