2020 Fiscal Year Research-status Report
超原子電子軌道（SAMO）の実時間実像イメージング法の確立
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19K05182
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
佐々木 正洋 筑波大学, 数理物質系, 教授 (80282333)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山田 洋一 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (20435598)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 超原子分子軌道(SAMO) / 電界放出顕微鏡(FEM) / 実時間イメージング / 実空間イメージング / エネルギー分析 / 電子輸送 / フラーレン / 炭化タングステン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、超原子分子軌道(SAMO)の実時間、実空間イメージング法の確立を目的とするものである。SAMOは空間的に大きく拡がった軌道であるため、この軌道が新たな伝導パスとして機能し、有機エレクトロニクスの新たな展開に繋がる可能性がある。その可能性の追求が本研究における最終ゴールとなる。電界放出顕微鏡(FEM)を活用することにより、SAMOの実時間、実空間イメージングが実現し、これまでほとんど検討されてこなかったSAMOの理解が深まり、状態エネルギーの制御、混成化、電荷輸送にかかわる学術研究の出発点になることを期待している。
SAMO軌道の実時間、実空間イメージング法の確立のために準位の同定が重要であるが、その基本になるのは放出される電子の高分解能エネルギー分析である。昨年度は、これを実現するために必須となる、電子の高分解能エネルギー分析のための装置上の整備を完成させた。
今年度は、まず、金属・絶縁体・金属(MIM)型に分類されるGraphene/h-BN/半導体型の平面電子源から放出される電子線の高精度計測をさらに発展させ、放出電子のエネルギースペクトルが、電子の発生源である半導体中のキャリアのエネルギー分布とh-BN層での散乱過程によって高精度で再現できることを示した。これにより、高分解能計測の実現が実証された。
次に、SAMOからの放出電子パターンが明瞭に観測される機構を明らかにするため、その基体となる炭化タングステン(WC)電界放出源のからの電子放出を詳細に計測した。炭化することで電流量が大幅に減少するものの極めて安定化し、フラーレン分子吸着により出現する特異な電子放出が明瞭に観測され得ることが実験的に検証できた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
昨年度は、本研究で提案している実時間、実空間イメージング法を実証するためのキーとなる、電子の高分解能エネルギー分析のための装置上の整備を完成させた。今年度はこれを活用してSAMOのFEM軌道の起源を明らかにする予定であったが、コロナ禍により実験に割ける時間が大幅に減少したことと、実験者が不慣れな為に、超高真空中の高電圧絶縁機構を破損させたため、当初予定の計測を実施することができなかった。そこで、予定を変更し、本研究で採用した計測方法でSAMO軌道が明瞭に観測される機構を明らかにするために、基体となるWCからの電子放出の詳細な計測を実施した。これにより、吸着分子の電子状態可視化で有効に機能したWC電子源からの特徴的な電子放出特性を実験的に検証できたといえる。さらに、その結果、図らずも、WC電子源が高い安定性を有する新たな電子源材料として有望であることが明らかになった。
コロナ禍で、予定されていた重要国際会議が開催されなかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度、不慮の事情で破損させた高電圧絶縁機構の問題は深刻で、絶縁碍子再製作の納期が遅れ、さらに、取りつけ、調整に時間がかかり、計測に利用できるのは来年度にずれ込むことになる。当初計画していた、C60フラーレン分子のSAMOからの極低温での高分解能エネルギー分析と実時間・実空間イメージングの同時計測を実施する。これにより、多様に現れるSAMO軌道のパターンとエネルギー関係が明確になり、観測されている軌道がSAMO軌道であることの実験的上での完全な検証になる。さらに、条件による変化を追跡することで、エネルギー位置の制御法を見いだす。引き続いて、タングステン上C60フラーレン膜の形成方法、処理方法による多様な形態での実験を継続し、軌道混成化の可能性を検討する。
その後は、理論計算との連携を強化するとともに、C60以外の分子に展開し、当イメージング法の理論的な検証を行いながら、可能な限り、技術の適用範囲を明らかにする予定である。
一方、昨年度の計測で明らかになった、WC電子源基体からの極めて安定な電子放出は、実用上有用な現象であるといえる。高分解能エネルギー分析を含めて系統的な実験を行い、その機構と背景にある物理を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍と不慮の事故による実験機器の破損により、予定していた実験を実施することができなかった。
R3年度に、実験用有機分子と真空部品の購入に充てる予定である。
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