2016 Fiscal Year Annual Research Report
Measurements of the charge state of a molecule on a solid substrate on the basis of scanning probe microscopy
| Project/Area Number |
26630330
|
|---|
| Research Institution | Japan Advanced Institute of Science and Technology |
|---|
Principal Investigator |
富取 正彦 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (10188790)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
|
| Keywords | 走査プローブ顕微鏡 / 表面・界面物性 / 電荷移動 / エネルギー散逸 / 分子計測 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
走査型プローブ顕微鏡（SPM）を利用して、独自開発の技術（SPM探針と試料間の距離および印加電圧に対する両者間の相互作用力・電流・エネルギー散逸の高感度計測技術、探針の先鋭化・清浄化技術）を基に、SPM探針先端と試料表面の間に挟持されている１分子の電気伝導インピーダンス特性の変化と電荷移動に伴う過渡電流を、ナノ力学的に高感度・高速で計測する手法を開拓することが、本研究の目的である。本年度、室温動作の超高真空（1×10-11 Torr）非接触原子間力顕微鏡（nc-AFM）(SPMの一種、原子分解能を持つ。力センサーは、Si探針を持つピエゾ抵抗Siカンチレバー)を利用して実験を進めた。ピエゾ抵抗Siカンチレバーは5 mAほどの電流を流すことで600 ℃程度まで通電加熱できる。この処理を超高真空中で行うことによって、Si探針の清浄化ができる。さらに、カンチレバーの吸着物が除去されるので、カンチレバーのＱ値を大幅に向上できる。その結果、力センサーの振動特性が良くなり、エネルギー散逸の検出感度が改善された（カンチレバー振動の１サイクル辺りの検出感度が数meV）。代表例として、Si(111)―7×7表面を試料とし、平均高さ一定モードで探針と試料間距離を変えながら、nc-AFMのトポ像、エネルギー散逸像、電流像を同時観察した。すると、探針接近時の散逸像に、トポ像には見えないSi吸着原子の変位の兆候、あるいは、探針での原子操作の際のSi原子の移動の痕跡と解釈できる変化を捉えた。これは、エネルギー散逸の高感度化が有効に働いた結果である。水素分子を部分的に解離吸着させた表面でも、探針と試料間が接近したときにこの現象が活性部に応じて起こることを確認した。また、電気インピーダンスの変化で、エネルギー散逸に特異な現象が現れることを見出した。個々の原子・分子系の電気測定の際の駆動力の機構を検討した。
|
