2020 Fiscal Year Annual Research 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 – 2021-03-31
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| Keywords | 走査トンネル顕微鏡 / 分光イメージング / 多変量解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
走査トンネル顕微鏡（STM）の強みは、試料表面の原子配列を可視化できるとともに、視野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取得する「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、非平衡状態をふくむダイナミクス研究は得意でない。表面構造と電子状態の同時測定ができるという強みをダイナミクス研究に展開するためには、測定にかかる時間を格段に短縮する必要がある。そのためには信号に含まれるノイズを格段に低減する新しい方策が望まれる。
その手段として、外部から侵入する振動をある方法で計測し、それをフィードバックの補助として用いることを目論んでいた。振動センサの信号を解析するため、多変量解析手法のひとつである独立成分分析の適用を進めていたが、これが分光イメージングで取得したデータの特徴量抽出およびノイズ低減にも有用であることが分かった。この知見を発展させ、計測される信号のノイズを減らすかわりに計測された信号からノイズを除去する可能性を検討している。
また、分光イメージングを高速化するにあたって、各点でスペクトル測定するかわりに、探針を各走査線で条件を変えながら複数回往復するマルチパスモードがきわめて有用であることがわかった。従来64×64ピクセルの分光イメージを1時間かけて取得していたところを、この方法で256×256ピクセルのイメージを同じ時間で取得できるようになった。実際に原子層超伝導体および鉄系超伝導体のボルテックスを高解像度で可視化することに成功している。
当初目指していた STM の開発は部品の製作が完了し、研究期間終了後も完成および運転まで進める予定である。
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