単分子の電気伝導率と剛性の同時計測に向けたＳＴＭ／熱振動ＡＦＭ複合機の開発

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K15175
• Research Institution: Yokohama City University
• Principal Investigator: 大江 弘晃 横浜市立大学, 理学部, 助教 (20793194)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 走査プローブ顕微鏡 / 原子間力顕微鏡 / 走査トンネル顕微鏡

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、固体表面の単原子／単分子の複合的な特性（例えば、金属表面に吸着した分子ワイヤーの電気伝導率、剛性、伸縮性の相関特性）の解明を目的に、「走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）」と「熱振動で力を計測する原子間力顕微鏡（熱振動ＡＦＭ）」を組み合わせた複合型走査プローブ顕微鏡を開発する。
初年度である2020年は、複合型走査プローブ顕微鏡の設計と構築に取り組み、これまでに複合プローブ顕微鏡の設計、大気環境で動作する試作機の構築まで進めた。
試作機について、本研究で開発する複合型プローブ顕微鏡は、金属探針を備えた音叉型水晶振動子製の力センサー（ｑＰｌｕｓセンサー）を利用し、固気界面または固液界面の力学的作用と電気的作用を検出する。大気環境でプローブ顕微鏡計測を行う場合、大気の振動（音）による装置構成パーツの共振が誘起され、観察試料とセンサーの相対位置がサブｎｍオーダーで揺らぐ。この揺らぎはプローブ顕微鏡の空間分解能にダイレクトに影響するため、大気型のプローブ顕微鏡では音響対策が重要になる。そこで本研究では、装置剛性が高くなるよう顕微鏡の主要フレーム部分を一つの金属ブロックから削り出すことにした。さらにその装置を恒温槽内にバネ吊りしエディカレントダンパで制振することで、外部で生じた機械的外乱の伝達を極力抑制する。その他、トンネル電流計測用のトランスインピーダンスアンプの実装、力センサーの出力計測用の減算型チャージアンプの実装まで終え、これからは実際に動作させて装置性能の評価を進める。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

試作した複合型走査プローブ顕微鏡は2020年度末に稼働させ、大気環境での試料表面観察を始める予定であった。しかし、試作機の制御用に入手した旧型の走査トンネル顕微鏡用コントローラのフィードバック制御動作にやや難があり、未だ稼働に至っていない。その点で、本研究の進捗状況は「やや遅れている」。

Strategy for Future Research Activity

まずはコントローラの動作確認を進める。フィードバック制御の問題を解消できれば、固体表面の観察に移行する。問題が解消できなければフィードバック機能を用いずにフィードフォワード制御機としての利用しながら、フィードバック制御用プログラムの作製に取り組む。

Causes of Carryover

少額（１３円）の残額が生じたので、繰り越して来年度に利用する。