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2010 Fiscal Year Annual Research Report

超高感度電気容量測定法の開発による単分子デバイスへの展開

Research Project

Project/Area Number 21656011
Research InstitutionKanazawa University

Principal Investigator

新井 豊子  金沢大学, 数物科学系, 教授 (20250235)

Keywords走査型プローブ顕微鏡 / 単分子電気容量 / ナノ力学
Research Abstract

本研究では、走査型プローブ顕微鏡(SPM)探針先端と試料表面の間に挟持されている1分子の静電容量変化をナノ力学的に測定し電子状態変化を解析する手法を開発すること、その結果に基づいて分子の力学・電子的特性を利用したデバイスの開拓をめざした。
SPM観察中に探針を振動させつつ試料に接近させると種々の現象が発現する。探針-試料間の電流変化、力変化が代表例である。その一つにAFMカンチレバーの振動を一定に保つために必要な励振エネルギーがある。その解釈は不明な点も多く議論が続いている。しかし、探針-試料間が1nm程度のときは、探針-試料間の静電容量の時間的変化によって変位電流が流れることはわかっている。この電流が探針-試料系閉回路を流れジュール発熱が起きる。そこで、励振エネルギー変化の高感度測定によって探針-試料間の静電容量を精密測定するシステムを開発した。本システムでは、振動の1サイクルあたり0.01eV以下のエネルギー変化を計測可能である。典型例で換算するとaFオーダの静電容量変化に相当する。このシステムを非接触AFMとして動作させsi(111)7x7表面に応用し、探針先端の状態によって励振エネルギーが原子位置によって変化する様子を捉えた。とくにSiレスト原子上(AFMで窪んで領域として描きだされる)で強い変化を示した。同時に観察された7x7単位胞のコーナーホール(Siレスト原子と同様な窪み)ではその変化はなかった。AFMによるアーティファクトではなく、Siレスト原子の電子状態を介した静電容量変化に起因していると考えられる。探針-試料間距離を徐々に変えて、励振エネルギー、電流、力変化を同時計測し、極近接で起こる急激な励振エネルギー変化を捉えた。これは、2物体が近接したことによって誘起される量子状態の出現に対応すると考えら、デバイス応用への足がかりになるものである。

  • Research Products

    (13 results)

All 2011 2010 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (10 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Adsorption State of 4, 4"-Diamino-p-terphenyl through an Amino Group Bound to Si(111)-7x7 Surface Examined by X-ray Photoelectron Spectroscopy and Scanning Tunneling Microscopy2010

    • Author(s)
      Takashi Nishimura
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 114

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Atomic resolution force microscopy imaging on a strongly ionic surface with differently functionalized tips2010

    • Author(s)
      T.Arai
    • Journal Title

      Journal of Vacuum Science & Technology B

      Volume: 28

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Si(001)表面におけるDAT分子の吸着構造と電子状態2011

    • Author(s)
      小田将人
    • Organizer
      日本物理学会第66回年次大会
    • Place of Presentation
      (概要集・Webサイト)
    • Year and Date
      20110325-20110328
  • [Presentation] ITO/YSZ(111)上のテレフタルアルデヒド分子の雰囲気制御FM-AFMによる観察2011

    • Author(s)
      山谷寛
    • Organizer
      第58回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      (講演予稿集)
    • Year and Date
      20110324-20110327
  • [Presentation] 透明電極基板上π共役分子TPAのSTMによる微視的解析2011

    • Author(s)
      高田真希
    • Organizer
      第58回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      (講演予稿集)
    • Year and Date
      20110324-20110327
  • [Presentation] 自励発振式水晶振動子力センサーを用いた超高真空NNC-AFMの開発2011

    • Author(s)
      作石達哉
    • Organizer
      第58回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      (講演予稿集)
    • Year and Date
      20110324-20110327
  • [Presentation] π共役系分子で界面制御したSi/有機半導体素子の製作と評価2011

    • Author(s)
      西村高志
    • Organizer
      第58回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      (講演予稿集)
    • Year and Date
      20110324-20110327
  • [Presentation] π電子系分子で界面制御したシリコン/有機半導体素子の製作と評価2010

    • Author(s)
      西村高志
    • Organizer
      応用物理学会北陸・信越支部学術講演会
    • Place of Presentation
      金沢大学(石川県)
    • Year and Date
      2010-11-19
  • [Presentation] Self-organization of α-lactalbumin on a H-passivated Si(111)-7x7 surface studied at atmospheric pressure using non contact atomic force microscopy2010

    • Author(s)
      Zubaida A.Ansari
    • Organizer
      13th International Conference on Noncontact Atomic Force Microscopy(nc-AFM2010)
    • Place of Presentation
      石川県立音楽堂(石川県)
    • Year and Date
      2010-08-02
  • [Presentation] n-conjugated molecules on metal oxide surfaces analyzed by FM-AFM in an environment-controlled atmosphere2010

    • Author(s)
      山谷寛
    • Organizer
      13th International Conference on Noncontact Atomic Force Microscopy(nc-AFM2010)
    • Place of Presentation
      石川県立音楽堂(石川県)
    • Year and Date
      2010-08-02
  • [Presentation] Development of SPM instruments and tip preparation for force sensors2010

    • Author(s)
      新井豊子
    • Organizer
      13th International Conference on Noncontact Ato mic Force Microscopy(nc-AFM2010)
    • Place of Presentation
      石川県立音楽堂(石川県)
    • Year and Date
      2010-08-02
  • [Presentation] Nanoscale analysis by combined spectroscopies based on non-contact atomic force microscopy under a bias voltage2010

    • Author(s)
      新井豊子
    • Organizer
      13th International Conference on Noncontact Atomic Force Microscopy(nc-AFM2010)
    • Place of Presentation
      石川県立音楽堂(石川県)
    • Year and Date
      2010-08-02
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.s.kanazawa-u.ac.jp/~nanophys/

URL: 

Published: 2012-07-19  

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