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2023 Fiscal Year Annual Research Report

走査トンネル顕微鏡を使った分子操作によるフラットバンドエンジニアリング

Research Project

Project/Area Number 21K18898
Research InstitutionNational Institute for Materials Science

Principal Investigator

吉澤 俊介  国立研究開発法人物質・材料研究機構, マテリアル基盤研究センター, 主任研究員 (60583276)

Project Period (FY) 2021-07-09 – 2024-03-31
Keywords走査型トンネル顕微鏡 / 原子層 / 表面・界面 / 原子・分子操作
Outline of Annual Research Achievements

走査型トンネル顕微鏡(STM)は、物質表面の原子配列を観察するだけでなく、表面に吸着した原子や分子一つひとつを動かす用途に使うことができる。STMを使って原子や分子を規則正しく並べたいわば「人工格子」を作ると、その吸着物の配列に応じて表面電子状態を変化させることができる。しかし、原子・分子操作の研究のほとんどは貴金属単結晶基板上で行われており、表面に特殊な電子状態を作ったとしても、物性は金属基板のバルク特性で決まってしまう。そこで本研究では表面の電子状態だけが巨視的な物性を支配する原子層物質に着目し、表面に吸着した原子や分子の操作により表面電子状態を変調し、超伝導転移温度をはじめとした物性の制御を実証する計画であった。
本目的を達成する実験には、品質の良い原子層物質として、シリコン基板上のインジウム二重層物質を用いる。フラッシングにより清浄化した Si(111) 基板上へのインジウムの真空蒸着と、蒸着後の熱処理により、単一の相が得られる。これまで Si(111) 清浄化の条件、真空蒸着時間、およびその後の熱処理条件を変えながら最適条件を調べていたが、欠陥が多い試料しか得られていなかった。そこで、これまでインジウム蒸着に使用していた電子ビーム加熱式エバポレーターのかわりにモリブデン箔を丸めた簡易のルツボを通電加熱する方式を試したところ、ほとんど無欠陥の試料を得ることに成功した。
また、試料表面の原子・分子は、温度上昇とともに拡散し、クラスターを形成してしまう。これを防ぐためには試料を冷却した状態で操作用の原子を蒸着し昇温させることなくSTM ヘッドに搬送する必要がある。これを実現するため、試料を液体ヘリウムフローで冷却した状態で真空蒸着を行うための低温マニピュレーターと専用の真空チャンバーを製作した。

  • Research Products

    (12 results)

All 2024 2023 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 4 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 2 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Visualization of Alternating Triangular Domains of Charge Density Waves in 2H-NbSe2 by Scanning Tunneling Microscopy2024

    • Author(s)
      Shunsuke Yoshizawa, Keisuke Sagisaka, Hideaki Sakata
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 132 Pages: 056401

    • DOI

      10.1103/physrevlett.132.056401

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Topological surface states hybridized with bulk states of Bi-doped PbSb2Te4 revealed in quasiparticle interference2023

    • Author(s)
      Yuya Hattori, Keisuke Sagisaka, Shunsuke Yoshizawa, Yuki Tokumoto, Keiichi Edagawa
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 108 Pages: L121408

    • DOI

      10.1103/physrevb.108.l121408

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Experimental verification of band convergence in Sr and Na codoped PbTe2023

    • Author(s)
      Yuya Hattori, Shunsuke Yoshizawa, Keisuke Sagisaka, Yuki Tokumoto, Keiichi Edagawa, Takako Konoike, Shinya Uji, Taichi Terashima
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 108 Pages: 125119

    • DOI

      10.1103/physrevb.108.125119

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Field-resilient superconductivity in atomic-layer crystalline materials2023

    • Author(s)
      Yoichi Higashi, Shunsuke Yoshizawa, Takashi Yanagisawa, Izumi Hase, Yasunori Mawatari, Takashi Uchihashi
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 108 Pages: 064504

    • DOI

      10.1103/physrevb.108.064504

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 2H-NbSe2 電荷密度波状態の整合欠陥と位相欠陥2024

    • Author(s)
      吉澤 俊介, 鷺坂 恵介, 坂田 英明
    • Organizer
      日本物理学会 2024年春季大会
  • [Presentation] 極低温STMを使った電子状態イメージング2024

    • Author(s)
      吉澤 俊介
    • Organizer
      第1回表面真空若手オンラインスクール
    • Invited
  • [Presentation] シリコン表面インジウム原子層における準粒子干渉の観測とシミュレーション2024

    • Author(s)
      吉澤 俊介, 鷺坂 恵介
    • Organizer
      ISSP短期研究会「物質科学シミュレーションと先端実験のデータ連携」
  • [Presentation] トポロジカル絶縁体 Bi2Se3 の実空間ランダウ準位分光2023

    • Author(s)
      吉澤 俊介, 服部 裕也, 枝川 圭一, 鷺坂 恵介
    • Organizer
      表面界面スペクトロスコピー2023
  • [Presentation] Imaging the domain structure of charge density wave state in 2H-NbSe2 by scanning tunneling microscopy2023

    • Author(s)
      Shunsuke Yoshizawa
    • Organizer
      2023 Taiwan-Japan Workshop on Crystals Growth, Analysis & Calculation (TJ-CGAC)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Imaging the domain structure and topological defects of charge density waves of 2H-NbSe2 by scanning tunneling microscopy2023

    • Author(s)
      Shunsuke Yoshizawa, Keisuke Sagisaka, Hideaki Sakata
    • Organizer
      International Conference on Quantum Liquid Crystals 2023 (QLC2023)
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 層状化合物超伝導体に電子が織りなす「鱗文様」

    • URL

      https://www.nims.go.jp/news/press/2024/02/202402260.html

  • [Remarks] Alternating Triangular Charge Density Wave ...

    • URL

      https://www.nims.go.jp/eng/news/press/2024/02/202402260.html

URL: 

Published: 2024-12-25  

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