The microscopic clarification of quantum electrical conductivity through observation of real space potential distribution by variable temperature scaning tunneling potentiometry

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K05319
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 29020:Thin film/surface and interfacial physical properties-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Hamada Masayuki 東京大学, 物性研究所, 技術専門職員 (00396920)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 走査トンネルポテンショメトリー / 表面電気伝導 / 表面電位 / 走査プローブ顕微鏡

Outline of Final Research Achievements

In order to introduce a scanning tunneling potentiometry (STP) that can obtain surface images and the corresponding potential images into existing scanning tunneling microscopes (STM) that operate at low temperatures and under magnetic fields, we developed a control circuit, sample holder and the electrodes for passing current through the clean surface created on a Si substrate.
As a result, we succeeded in low-temperature STP measurements of monolayer Pb films formed on the Si(111) substrate, and the obtained potential image revealed that there is almost no effect of the step on the electrical resistance. Furthermore, we succeeded in measuring STP while applying a magnetic field.

Free Research Field

表面科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

表面電気伝導は原子欠陥・不純物やステップなどに影響すると考えられているが、量子効果が期待できるような低温下でのナノスケールでの測定はあまり行われていない。本研究では、表面電気伝導特性をナノスケールの空間分解能かつマイクロボルトレベルの高電位分解能でマッピングできることが知られている走査トンネルポテンシオメトリー（STP）の機能を低温・磁場下で動作するSTM装置に導入し、Si基板上に作成した清浄表面試料を低温・磁場下でSTP測定することに成功した。STP測定の動作環境を低温・磁場下で拡張したことは、表面科学の発展に寄与すると期待できる。