2017 Fiscal Year Annual Research Report
AFM simulation using a new kind of computational method
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25390081
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
仙田 康浩 山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授 (50324067)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 原子間力顕微鏡 / シミュレーション / 分子動力学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
物質表面の原子像が得られる原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscopy, 以下，ＡＦＭ)はナノテクノロジーが進んだ現在では必要不可欠な観測装置である。しかし、ＡＦＭで原子像が得られる仕組みについてはいまだに不明な部分が多く、原子レベルからその仕組みを解明することがのぞまれている。本研究では、新規シミュレーション手法を用いたＡＦＭの数値シミュレーションにより、ＡＦＭの仕組みを原子レベルから明らかにする。特にＡＦＭのプローブ振動が減衰する原因については未解明であり、この新しい手法を用いたシミュレーションによってその仕組みを明らかにすることに取り組んだ。
ＡＦＭのプローブと表面間の原子間力は原子スケールの計算モデルから求め、その原子のモデルとマクロスケールなプローブ振動を表すバネの振動運動を動的に接続した。２つの異なるスケールを接続したマルチスケールなAFMの計算モデルを作成した。最終年度では、実際に観測されているイオン系表面のAFMモデルを用いた。その結果、プローブ振動の減衰はプローブ先端原子の表面への吸着によって生じることがわかった。吸着した原子はプローブの振動中にプローブ先端の元の配置に戻り、表面と先端の形状は安定に保たれる。しかし、異なる形状をもったプローブ先端では、原子の表面への付着により不可逆的な先端形状と表面の変化をもたらした。これらの先端形状の安定性について、原子モデルの断熱ポテンシャル面を用いて理論的に説明した。これらの研究成果を、表面物性およびプローブ顕微鏡関連の学会や研究会で発表するとともに、その内容を論文としてまとめ、表面関連の学術雑誌で公表した。
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