2018 Fiscal Year Research-status Report
Development of a noise-cancelling STM aimed at fast spectroscopic imaging
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18K19027
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
吉澤 俊介 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 先端材料解析研究拠点, 主任研究員 (60583276)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | 走査トンネル顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
走査トンネル顕微鏡（ STM ）は、試料表面の各点でトンネル分光測定を行い電子状態密度の空間変化を可視化する「分光イメージング」が可能なことである。しかし、測定に非常に時間がかかるという弱点があり、ほとんど平衡状態の研究にしか用いられていない。非平衡状態やダイナミクスの研究に展開するためには、分光イメージングにかかる時間を短縮する必要があり、そのためには振動ノイズを格段に低減する必要がある。従来から用いられてきた防振台は、地面からの振動を低減することはできるものの、空気を伝播する音や、配線・配管を伝って入る振動や、低温を作るクライオスタット自身が発生する振動には効果が小さい。そこで本研究計画では新しい方法で振動ノイズをキャンセルする技術を開発し、高速分光イメージングを目指している。
平成30年度は新しく液体ヘリウムデュワーを購入し、設置した。これにより既存の防振台と組み合わせて測定試験に用いることが可能となり、本テーマ専用に装置を割り当てることができるようになった。また、クライオスタット内部で発生する大きなパルス状の振動ノイズから探針を回避する試みも行った。STM 制御系における電流プリアンプのフィルタ時定数は通常 kHz 程度であるが、時定数 MHz 程度の信号を取り出して探針回避のトリガに用いた。しかしこれでは軽微な探針クラッシュが起こることがわかり、本質的に異なる振動制御が必要であることが確認できた。
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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
予定通り液体ヘリウムデュワーを導入することができた。振動計測の進展はやや遅れ気味であるが、一方で当初の予定に無かった探針回避機能の分析を進めることができたので、全体としては順調であるといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
分光データに入るノイズと振動センサからの信号との相関を解析し、モデル化する。時系列データの解析には機械学習の利用を検討する。必要に応じて より低ノイズの増幅器を導入するなどの修正を行う。解析結果をもとに、振動センサからの信号をキャンセルするためのソフトウェアないし回路を実装する。
年度後半からは極低温分光測定で本技術をテストして分光データのシグナルノイズ比を評価し、成果を論文や特許の形にまとめることを目指す。
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| Causes of Carryover |
STM コントローラおよび FPGA ボードを購入する予定であったが、既存のものを試験的に用いることにしたため未使用額が生じた。一方で、その他に必要となる電子部品や真空部品等の費用が当初の想定を上回る可能性が高いことがわかった。そこで、上記 FPGA ボード等については研究の進展を考慮しながら購入を判断するほうが予算を有効に使用でき、研究を効率的に進められると判断した。
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