新しい表面電気伝導測定法の開発:電子輸送中のフェルミ面測定

• 研究課題/領域番号: 16654048
• 研究種目: 萌芽研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 物性Ⅰ
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 松田 巌 東京大学, 物性研究所, 助教授 (00343103)
• 研究分担者: 長谷川 修司 東京大学, 大学院理学系研究科, 助教授 (00228446)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2006
• 研究課題ステータス: 完了 (2006年度)
• 配分額: 3,400千円 (直接経費: 3,400千円); 2006年度: 600千円 (直接経費: 600千円); 2005年度: 700千円 (直接経費: 700千円); 2004年度: 2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
• キーワード: フェルミオロジー / 表面 / 低次元物性 / 輸送現象 / 表面電気伝導 / 光電子分光 / 電気伝導

研究概要

本研究では、固体表面上の金属ナノ構造体について、その電気伝導を測定する新しい実験技術を開発する。通常金属の電気伝導は、ボルツマン方程式を通じて、金属のフェルミ面のずれに対応している。この考え方は長年周知であったが、そのフェルミ面の様子を直接観測されたことはない。そこで、本研究では超高分解能電子分析器を用いた光電子フェルミ面マッピング法により、電場印加中のこのフェルミ面の"ずれ"を世界で初めて直接測定し、系の電子輸送現象の研究を行う。そしてこの結果を元に新しい電気伝導測定法を確立する。
本研究では上記の印加電場として高強度マイクロ波を使用し、昨年度までに超高真空下での電場印加システムの開発を完了した。そしてHe励起光源とSMA端子フランジを用いてCu(111)表面の電場印加中フェルミ面のマッピング測定を行ってきたが、励起光サテライトの影響で"ずれ"の観測には至らなかった。そこで本年度はレーザー光源と導波菅フランジを用いたマイクロ波照射下の光電子分光測定を試みた。本実験に必要なレーザー、高分解能電子分析器、サンプルクライオスタットが広島大学放射光センターに揃っていたので、同センターと共同で研究を行うことにした。5回に渡る広島大学での実験出張を経て、同センター職員と共同でレーザー光電子分光測定装置を立ち上げた。そして分解能評価のためのAu蒸着膜サンプルについて、電場印加に伴うフェルミ端形状の変化を90Kで調べたが、明確な差は観測されなかった。今後は単結晶表面を同システム内に用意し、実際のフェルミ面の変化をより低温での光電子分光測定で詳細に調べてみる。

研究成果

• [雑誌論文] High-yield Synthesis of Conductive Carbon Nanotube Tips for Multiprobe Scanning Tunneling Microscope (2007)
  • 著者名/発表者名: H.Konishi, Y.Murata, W.Wongwiriyapan, M.Kishida, K.Tomita, K.Motoyoshi, S.Honda, S.Yoshimoto, K.Kubo, R.Hobara, I.Matsuda, S.Hasegawa, M.Yoshimura, J.G.Lee, H.Mori, M.Katayama
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments (In press)
• [雑誌論文] Quantum Well States in Ultrathin Bi Films Studied by Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy and First Principles Calculation (2007)
  • 著者名/発表者名: T.Hirahara, T.Nagao, I.Matsuda, G.Bihlmayer, E.V.Chulkov, Yu.M.Koroteev, S.Hasegawa
  • 雑誌名: Physical Review B 75 ページ: 35422-35422
• [雑誌論文] 10-nm-Scale Four-Point Probe Resistance Measurement Using Carbon Nanotube Tips in Four-Tip Scanning Tunneling Microscope (2007)
  • 著者名/発表者名: S.Yoshimoto, Y.Murata, K.Kubo, K.Tomita, K.Motoyoshi, T.Kimura, H.Okino, R.Hobara, I.Matsuda, S.Honda, M.Katayama, S.Hasegawa
  • 雑誌名: Nanoletters (In press)
• [雑誌論文] Variable-Temperature Independently-Driven Four-Tip Scanning Tunneling Microscope (2007)
  • 著者名/発表者名: R.Hobara, N.Nagamura, I.Matsuda, S.Hasegawa, Y.Yamamoto, Y.Miyatake, T.Nagamura
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments (In press)
• [雑誌論文] 解説「単原子ステップを通過する表面自由電子」 (2007)
  • 著者名/発表者名: 松田巌, 保原麗, 長谷川修司
  • 雑誌名: 日本物理学会誌 62・2 ページ: 91-91
• [雑誌論文] Observation of Quantum Confinement in Ge nanodots on an oxidized Si surface (2006)
  • 著者名/発表者名: A.Konchenko, I.Matsuda, S.Hasegawa, Y.Nakamura, M.Ichikawa
  • 雑誌名: Physical Review B 73 ページ: 113311-113311
• [雑誌論文] Electrical Conduction through a Monatomic Step (2006)
  • 著者名/発表者名: I.Matsuda, T.Hirahara, M.Ueno, R.Hobara, S.Hasegawa
  • 雑誌名: Journal de Physique IV 132 ページ: 57-57
• [雑誌論文] Synthesis of Metal-Alloy Nanowires toward Functional Scanning Probe Microscope (2006)
  • 著者名/発表者名: H.Konishi, S.Honda, M.Kishida, Y.Murata, T.Yasuda, D.Maeda, K.Tomita, K.Motoyoshi, S.Yoshimoto, R.Hobara, I.Matsuda, J.-G.Lee, H.Mori, K.Oura, S.Hasegawa, M.Katayama
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 45 ページ: 3690-3690
• [雑誌論文] Quantum regulation of Ge nanodot state by controlling barrier of the interface layer (2006)
  • 著者名/発表者名: Y.Nakayama, I.Matsuda, S.Hasegawa, M.Ichikawa
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 88 ページ: 253102-253102
• [雑誌論文] Self-Assembly of Two-Dimensional Nanoclusters : From Surface Molecules to Surface Superstructure (2006)
  • 著者名/発表者名: C.Liu, I.Matsuda, M.D'angelo, S.Hasegawa, J.Okabayashi, S.Toyoda, M.Oshima
  • 雑誌名: Physical Review B 74 ページ: 235420-235420
• [雑誌論文] Direct measurement of the Hall resistance of a free-electron-like surface state (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Hirahara, I.Matsuda, R.Hobara, S.Yoshimoto, S.Hasegawa
  • 雑誌名: Physical Review B 73 ページ: 235332-235332
• [雑誌論文] Role of Spin-Orbit Coupling and Hybridization Effects in the Electronic Structure of Ultrathin Bi Films (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Hirahara, T.Nagao, I.Matsuda, G.Bihlmayer, E.V.Chulkov, Yu.M.Koroteev, P.M.Echenique, M.Saito, S.Hasegawa
  • 雑誌名: Physical Review Letters 97 ページ: 146803-146803
• [雑誌論文] Quasi-one-dimensional quantized states in an epitaxial Ag film on a one-dimensional surface superstructure (2006)
  • 著者名/発表者名: N.Nagamura, I.Matsuda, N.Miyata, T.Hirahara, T.Uchihashi, S.Hasegawa
  • 雑誌名: Physical Review Letters 96 ページ: 256801-256801
  • NAID: 130004673428
• [雑誌論文] 結晶表面上単原子ステップの電気抵抗 (2006)
  • 著者名/発表者名: 松田巌, 上野将司, 平原徹, 保原麗, 守川春雲, 劉燦華, 長谷川修司
  • 雑誌名: 表面科学 27 ページ: 182-182
  • NAID: 10017313081
• [雑誌論文] 極薄Si酸化膜上Geナノドットの界面構造と閉じ込めポテンシャル (2006)
  • 著者名/発表者名: 中山泰生, 松田巌, 長谷川修司, 市川昌和
  • 雑誌名: 表面科学 27 ページ: 523-523
  • NAID: 10018051680
• [雑誌論文] 吸着原子誘起の局在状態と表面自由電子ガスとの相互作用 (2006)
  • 著者名/発表者名: 劉燦華, 松田巌, 保原麗, 長谷川修司
  • 雑誌名: 表面科学 27 ページ: 702-702
  • NAID: 10020125183
• [雑誌論文] Interaction between the adatoms-induced localized state and the quasi-two-dimensional electron gas (2006)
  • 著者名/発表者名: C.Liu, I.Matsuda, R.Hobara, S.Hasegawa
  • 雑誌名: Physical Review Letters 96 ページ: 36803-36803
  • NAID: 10020125183
• [雑誌論文] Observation of Quantum Confinement in Ge nanodots on an oxidized Si surface (2006)
  • 著者名/発表者名: A.Konchenko, I.Matsuda, S.Hasegawa, Y.Nakamura, M.Ichikawa
  • 雑誌名: physical Review B (印刷中)
• [雑誌論文] Electrical Conduction through a Monatomic Step (2006)
  • 著者名/発表者名: I.Matsuda, T.Hirahara, M.Ueno, R.Hobaram, S.Hasegawa
  • 雑誌名: Journal de Physique IV at the 'Editions de Physique' (印刷中)
• [雑誌論文] Synthesis of Metal-Alloy Nanowires toward Functional Scanning Probe Microscope (2006)
  • 著者名/発表者名: H.Konishi, S.Honda, M.Kishida, Y.Murata, T.Yasuda, D.Maeda, K.Tomita, K.Motoyoshi, S.Yoshimoto, R.Hobara, I.Matsuda, J.-G.Lee, H.Mori, K.Oura, S.Haseeawa, M.Katayama
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics (印刷中)
• [雑誌論文] 結晶表面上単原子ステップの電気抵抗 (2006)
  • 著者名/発表者名: 松田巌, 上野将司, 平原徹, 保原麗, 守川春雲, 劉燦華, 長谷川修司
  • 雑誌名: 表面科学 (印刷中)
  • NAID: 10017313081
• [雑誌論文] Evolution of Fermi surface by electron doping into a free-electron-like surface state, (2005)
  • 著者名/発表者名: I.Matsuda., T.Hirahara, M.Konishi, C.Liu, H.Morikawa, M.D'angelo, S.Hasegawa
  • 雑誌名: Physical Review B 71 ページ: 235315-235315
• [雑誌論文] In situ resistance measurements of epitaxial cobalt silicide nanowires on Si(110) (2005)
  • 著者名/発表者名: H.Okino., I.Matsuda, R.Hobara, Y.Hosomura, S.Hasegawa, P.A.Bennett
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 86 ページ: 233108-233108
• [雑誌論文] Long-periodic modulations in the linear chains of T1 atoms on Si(100) (2005)
  • 著者名/発表者名: A.A.Saranin, A.V.Zotov, I.A.Kuyanov, V.G.Kotlyar, M.Kishida, Y.Murata, H.Okado, I.Matsuda, et al.
  • 雑誌名: Physical Review B 71 ページ: 165307-165307
• [雑誌論文] Exploiting Metal Coating of Carbon Nanotubes for Scanning Tunneling Microscopy Probes (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.Murata, S.Yoshimoto, M.Kishida, D.Maeda, T.Yasuda, T.Ikuno, S.Honda, H.Okado, R.Hobara, I.Matsuda, S.Hasegawa, K.Oura, M.Katayama
  • 雑誌名: Japanese Jourmal of Applied Physics 44 ページ: 5336-5338
  • NAID: 10016676608
• [雑誌論文] Electrical Characterization of Metal-Coated Carbon-Nanotube Tips (2005)
  • 著者名/発表者名: S.Yoshimoto, Y.Murata, R.Hobara, I.Matsuda, M.Kishida, H.Konishi, T.Ikuno, D.Maeda, T.Yasuda, S.Honda, H.Okado, K.Oura, M.Katayama, S.Hasegawa
  • 雑誌名: Japanese Jourmal of Applied Physics 44
  • NAID: 10016920705
• [雑誌論文] Alkali metal-induced Si(111)√21x√21 structure: the Na case (2005)
  • 著者名/発表者名: M.D'angelo, M.Konishi, I.Matsuda, C.Liu, S.Hasegawa, T.Okuda, T.Kinoshita
  • 雑誌名: Surface Science 590 ページ: 162-172
• [雑誌論文] STM observation at initial stage of Cs adsorption on Si(111)-【square root】3x【square root】3-Ag surface (2005)
  • 著者名/発表者名: C.Liu, I.Matsuda, S.Hasegawa
  • 雑誌名: Surface and Interface Analysis 37 ページ: 101-105
• [雑誌論文] A 【square root】21x【square root】21 phase formed by Na adsorption on Si(111)【square root】3x【square root】3-Ag surface and its electronic structure (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Konishi, I.Matsuda, C.Liu, H.Morikawa, S.Hasegawa
  • 雑誌名: e・Journal of Surface Science and Nanotechnology 3 ページ: 107-112
• [雑誌論文] STM observation of the Si(111)-c(12×2)-Ag surface (2005)
  • 著者名/発表者名: N.Miyata, I.Matsuda., M.D'angelo, H.Morikawa, T.Hirahara, S.Hasegawa
  • 雑誌名: e-Journal of Surface Science and Nanotechnology 3 ページ: 151-155
  • NAID: 130004438939
• [雑誌論文] Coating Carbon Nanotubes with Compound Ultrathin Film: A Novel Route to Functional SPM tips (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Kishida, H.Konishi, Y.Murata, D.Maeda, T.Yasuda, T.Ikuno, S.Honda, M.Katayama, S.Yoshimoto, R.Hobara, I.Matsuda, S.Hasegawa
  • 雑誌名: e-Journal of Surface Science and Nanotechnology 3 ページ: 417-420
  • NAID: 130004438969
• [雑誌論文] Resistance measurements of metallic silicide nanowires on a Si substrate with a four-tip scanning tunneling microscope (2005)
  • 著者名/発表者名: H.Okino, I.Matsuda, R.Hobara, Y.Hosomura, S.Hasegawa, P.A.Bennett
  • 雑誌名: e-Journal of Surface Science and Nanotechnology 3 ページ: 362-366
  • NAID: 130004438966
• [雑誌論文] Electrical Conduction on Various Au/Si(111) Surface Superstructures (2005)
  • 著者名/発表者名: S.Yamazaki, I.Matsuda, H.Okino, H.Morikawa, S.Hasegawa
  • 雑誌名: e-Journal of Surface Science and Nanotechnology 3 ページ: 497-502
  • NAID: 130004438976
• [雑誌論文] Au/Si(111)表面超構造のガラス・結晶化転移での電気伝導の研究 (2005)
  • 著者名/発表者名: 山崎詩郎, 松田巌, 沖野泰之, 守川春雲, 長谷川修司
  • 雑誌名: 表面科学 26 ページ: 468-473
  • NAID: 10016683323
• [雑誌論文] STM observation at initial stage of Cs adsorption on Si(111)-√3x√3-Ag surface (2005)
  • 著者名/発表者名: C.Liu, I.Matsuda, S.Hasegawa
  • 雑誌名: Surface and Interface Analysis 37 ページ: 101-101
• [雑誌論文] Two-Dimensional Liquid-Solid Phase Transition Observed on Atomic Scale (2005)
  • 著者名/発表者名: C.Liu, S.Yamazaki, R.Hobara, I.Matsuda, S.Hasegawa
  • 雑誌名: Physical Review B 71
• [雑誌論文] Electrical Resistance of a Monatomic Step on a Crystal Surface (2004)
  • 著者名/発表者名: I.Matsuda, M.Ueno, T.Hirahara, R.Hobara, H.Morikawa, S.Hasegawa
  • 雑誌名: Physical Review Letters 93 ページ: 236801-236801
• [雑誌論文] Surface-state electrical conductivity at a metal-insulator transition on silicon (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Tanikawa, I.Matsuda, T.Kanagawa, S.Hasegawa
  • 雑誌名: Physical Review Letters 93 ページ: 16801-16801
• [雑誌論文] Non-metallic transport of a quasi-one-dimensional metallic Si(557)-Au surface (2004)
  • 著者名/発表者名: H.Okino, R.Hobara, I.Matsuda, T.Kanagawa, S.Hasegawa
  • 雑誌名: Physical Review B 70 ページ: 113404-113404
• [雑誌論文] Direct observation of soliton dynamics in charge density waves on a quasi-one-dimensional metallic surface (2004)
  • 著者名/発表者名: H.Morikawa, I.Matsuda, S.Hasegawa
  • 雑誌名: Physical Review B 70 ページ: 85412-85412
• [雑誌論文] The effective mass of a free-electron-like surface state of the Si(111)√3×√3-Ag investigated by photoemission and scanning tunneling spectroscopies (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Hirahara, I.Matsuda, M.Ueno, S.Hasegawa
  • 雑誌名: Surface Science 563 ページ: 191-191
• [雑誌論文] Electronic Transport in Multiwalled Carbon Nanotubes Contacted with Patterned Electrodes (2004)
  • 著者名/発表者名: R.Hobara, S.Yoshimoto, T.Ikuno, M.Katayama, N.Yamauchi, W.Wongwiriyapan, S.Honda, I.Matsuda, S.Hasegawa
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 43
  • NAID: 10013469149
• [雑誌論文] Photoemission Structure Factor Effect for Fermi Rings of the Si(111)√3 × √3-Ag Surface (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Hirahara, I.Matsuda, S.Hasegawa
  • 雑誌名: e-Journal of Surface Science and Nanotechnology 2 ページ: 141-141
  • NAID: 130004438912
• [雑誌論文] Successive Phase Transitions Induced by Ca and Sr Adsorptions on a Si(111) surface (2004)
  • 著者名/発表者名: F.Shimokoshi, I.Matsuda, S.Hasegawa, S.Ino
  • 雑誌名: e-Journal of Surface Science and Nanotechnology 2 ページ: 178-178
  • NAID: 130004933857
• [雑誌論文] Quantum-Well States in Ultra-Thin Metal Films on Semiconductor Surfaces (2004)
  • 著者名/発表者名: I.Matsuda, T.Tanikawa, S.Hasegawa, H.W.Yeom, K.Tono, T.Ohta
  • 雑誌名: e-Journal of Surface Science and Nanotechnology 2 ページ: 169-169
  • NAID: 130004933856
• [雑誌論文] シリコン表面上での電荷密度波の格子整合効果とソリトンダイナミクス (2004)
  • 著者名/発表者名: 守川春雲, 松田巌, 長谷川修司
  • 雑誌名: 表面科学 25 ページ: 407-407
  • NAID: 10013275262
• [雑誌論文] Long-periodic modulations in the linear chains of Tl atoms on Si(100)
  • 著者名/発表者名: A.A.Saranin, A.V.Zotov, I.A.Kuyanov, V.G.Kotlyar, M.Kishida, Y.Murata, H.Okado, I.Matsuda, H.Morikawa, N.Miyata, S.Hasegawa, M.Katayama, K.Oura
  • 雑誌名: Physical Review B (In press)
• [雑誌論文] Evolution of Fermi surface by electron doping into a free-electron-like surface state
  • 著者名/発表者名: I.Matsuda, T.Hirahara, M.Konishi, C.Liu, H.Morikawa, M.D'angelo, S.Hasegawa
  • 雑誌名: Physical Revies B (accepted)
• [図書] 表面物性工学ハンドブック (2007)
  • 著者名/発表者名: 松田巌(分担執筆)
  • 総ページ数: 1084
  • 出版者: 丸善(第2版)