表面機能元素の制御と原子構造解析

2011 年度 実績報告書

• 研究領域: 機能元素のナノ材料科学
• 研究課題/領域番号: 19053006
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 森田 清三 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50091757)
• 研究分担者: 阿部 真之 大阪大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (00362666)
• キーワード: 原子間力顕微鏡 / 表面機能元素 / K/TiO_2(110) / Au/TiO_2(110) / ナノ空間の開閉 / 原子クラスタ組立 / H_2O/CeO_2(111) / 複合物性評価

研究概要

1.TiO_2(110)表面に、平均粒径サイズ2.5nm平均高さ2.5AのAuクラスタを作製し、接触電位差を測定した結果、室温のTiO_2(110)表面上でAuクラスタが負に帯電していることを明らかにした。
2.AFMで観察したK原子/TiO_2(110)@80Kの吸着位置を、第一原理計算で解明した。また、AFMによるKの原子操作移動過程途中の見えない不安定な中間吸着サイトを第一原理計算で解明した。
3.TiO_2(110)の酸素、Ti、OH原子上で測定した負極性探針のフォース・カーブと各種モデル探針の第一原理計算と比較して、酸素原子で終端された負極性探針で実験結果を再現できることを示した。
4.TiO_2(110)の酸素、Ti、OH原子上で測定した正極性探針のフォース・カーブと各種モデル探針の第一原理計算と比較して、OH原子で終端された正極性探針で実験結果を再現できることを示した。
5.水分子が吸着したCeO_2(111)表面をAFM観察して、水分子は三つの酸素分子に吸着しながら回転していること、探針を近づけると水分子を精密に分子操作出来ることを明らかにした。
6.室温でSi(111)7x7のHUCナノ空間内に閉じ込めた原子をナノ空間の開閉で出し入れして、HUC内に原子数の確定したPbクラスタ、Agクラスタ、Auクラスタをそれぞれ作成することに成功した。
7.室温でSi(111)7x7に水素原子を吸着して、個々の原子の短距離結合力カーブを測定した結果、永素で終端されたSi(111)7x7表面のSi原子やテコ先端Si原子は活性を失って、化学結合引力が劇的に減少することを、実験と第1原理計算で明らかにした。
8.AFM/STMで原子間力とトンネル電流を、同時に、3次元マッピングする方法を開発した。また、トンネル電流のトンネル電圧依存性から、局所電子状態密度(LDOS)を導く方法を開発した。

研究成果

• [雑誌論文] Understanding image contrast formation in TiO_2 with force spectroscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: Ayhan Yurtsever, Delia Fernandez-Torre, Cesar Gonzalez, Pavel Jelinek, Pablo Pou, Yoshiaki Sugimoto, Masayuki Abe, Ruben Perez and Seizo Morita
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: Vol.85(Issue 12) ページ: 125416[9]
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevB.85.125416
  • 査読あり
• [雑誌論文] Manipulation of individual water molecules on CeO_2(111) (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Torbrugge, O. Custance, S. Morita and M. Reichling
  • 雑誌名: J. Phys.: Condens. Matter 巻: Vol.24, No.8 ページ: 084010[10]
  • DOI: DOI:10.1088/0953-8984/24/8/084010
  • 査読あり
• [雑誌論文] Non-contact AFM (PREFACE) (2012)
  • 著者名/発表者名: Franz J Giessibl
  • 雑誌名: J.Phys. : Condens.Matter [SPECIAL SECTION ON NON-CONTACT AFM] 巻: Vol.24 ページ: 080301(1)
  • DOI: 10.1088/0953-8984/24/8/080301
• [雑誌論文] Three-dimensional scanning force/tunneling spectroscopy at room temperature (2012)
  • 著者名/発表者名: Yoshiaki Sugimoto
  • 雑誌名: J.Phys. : Condens.Matter [SPECIAL SECTION ON NON-CONTACT AFM] 巻: Vol.24 ページ: 084008(7)
  • DOI: 10.1088/0953-8984/24/8/084008
  • 査読あり
• [雑誌論文] 原子間力顕微鏡を用いた室温元素識別・原子操作 (2012)
  • 著者名/発表者名: 森田清三
  • 雑誌名: News Letter(応用物理学会薄膜・表面物理分科会) 巻: No.144,March ページ: 29-37
  • 査読あり
• [雑誌論文] 原子の室温元素識別・操作・組立 (2012)
  • 著者名/発表者名: 森田清三
  • 雑誌名: 顕微鏡 巻: Vol.47 ページ: 1-1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Alkali-metal adsorption and manipulation on hydroxylated TiO_2(110) surface using atomic force microscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: A. Yurtsever, Y. Sugimoto, M. Abe, K. Matsunaga, I. Tanaka and S. Morita
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: Vol.84(Issue 8) ページ: 085413[7]
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevB.84.085413
  • 査読あり
• [雑誌論文] Atom world based on nano-forces : 25 years of atomic force microscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: Seizo Morita
  • 雑誌名: Journal of Electron Microscopy 巻: Vol.60, Suppl. 1(60th Anniversary Issue: Physical) ページ: S199-S211
  • DOI: DOI:10.1093/jmicro/dfr047
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simultaneous scanning force/tunneling microscopy using a quartz cantilever with a tungsten tip (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Morita
  • 雑誌名: Appl.Phys.Exp. 巻: Vol.4 ページ: 115201(3)
  • DOI: 10.1143/APEX.4.115201
  • 査読あり
• [雑誌論文] Kelvin probe force microscopy Characterization of TiO_2(110)-supported Au clusters (2011)
  • 著者名/発表者名: Hong Jing Chung
  • 雑誌名: APPLIED PHYSICS LETTERS 巻: Vol.99 ページ: 123102(3)
  • DOI: 10.1063/1.3641418
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication of Quartz Cantilevers for Small-Amplitude Dynamic Force Microscopy Using an Optical Deflection Sensor (2011)
  • 著者名/発表者名: Ken-ichi Morita
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: Vol.50 ページ: 08LB12(4)
  • DOI: 10.1143/JJAP.50.08LB12
  • 査読あり
• [雑誌論文] ナノスケール計測におけるロバストネス-走査型プローブ顕微鏡の新技術 (2011)
  • 著者名/発表者名: 阿部真之
  • 雑誌名: システム/制御/情報(システム制御情報学会誌) 巻: Vol.55 ページ: 141-146
  • 査読あり
• [雑誌論文] 原子を見る,測る,動かす新たな万能ツール (2011)
  • 著者名/発表者名: 森田清三
  • 雑誌名: 別冊化学化学のブレークスルー 巻: (機器分析編) ページ: 71-76
  • 査読あり
• [学会発表] 原子間力顕微鏡による元素識別と原子操作・組立 (2012)
  • 著者名/発表者名: 森田清三
  • 学会等名: 公益社団法人日本表面科学会東北・北海道支部講演会
  • 発表場所: 東北大学多元物質科学研究所科学計測研究棟S棟セミナー室,仙台市,宮城県(招待講演)
  • 年月日: 2012-03-08
• [学会発表] 超高性能原子間力顕微鏡の夢を求めて25年 (2012)
  • 著者名/発表者名: 森田清三
  • 学会等名: 平成23年度公益社団法人日本表面科学会関西支部セミナー&支部20周年若手ポスター発表会
  • 発表場所: 京都大学宇治キャンパス宇治おうばくプラザきはだホール,宇治市,京都府
  • 年月日: 2012-03-07
• [学会発表] Simultaneous scanning force/tunneling microscopy using a quartz cantilever with a tungsten tip (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Morita
  • 学会等名: 19th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM19)
  • 発表場所: Hokkaido, Japan
  • 年月日: 2011-12-20
• [学会発表] Measurement of atom hopping probability and interaction force for atom manipulation on the Si(111)-(7x7) surface (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Sugimoto
  • 学会等名: 19th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM19)
  • 発表場所: Hokkaido, Japan
  • 年月日: 2011-12-20
• [学会発表] Three dimensional force mapping and KPFM measurements on the CaF_2/Si(111) surface (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Fukumoto
  • 学会等名: 19th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM19)
  • 発表場所: Hokkaido, Japan
  • 年月日: 2011-12-19
• [学会発表] Alkali-metal adsorption and manipulation on a hydroxylated TiO2 (110) surface using atomic force microscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: A.Yurtsever
  • 学会等名: 19th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM19)
  • 発表場所: Hokkaido, Japan
  • 年月日: 2011-12-19
• [学会発表] Simultaneous scanning force/tunneling microscopy using a quartz cantilever with a tungsten tip (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Morita
  • 学会等名: 3rd Global COE International Symposium Electronic Devices Innovation (EDIS2011)
  • 発表場所: Osaka, Japan
  • 年月日: 2011-12-16
• [学会発表] Role of the tip reactivity for atom manipulation by atomic force microscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Sugimoto
  • 学会等名: International Symposium on Surface Science (ISSS-6)
  • 発表場所: Tokyo, Japan(招待講演)
  • 年月日: 2011-12-14
• [学会発表] Simultaneous scanning force/tunneling microscopy using a quartz cantilever with a tungsten tip (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Morita
  • 学会等名: International Symposium on Surface Science (ISSS-6)
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 2011-12-14
• [学会発表] Fabrication of Quartz Cantilevers for Small-Amplitude Dynamic Force Microscopy Using an Optical Deflection Sensor (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Miyata
  • 学会等名: International Symposium on Surface Science (ISSS-6)
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 2011-12-14
• [学会発表] 原子間力顕微鏡の歴史と最先端計測技術 (2011)
  • 著者名/発表者名: 森田清三
  • 学会等名: 社団法人日本顕微鏡学会SPM分科会主催研究会、テーマ:走査型プローブ顕微鏡における最先端技術～イノベーションのキーテクノロジー～
  • 発表場所: 物質・材料研究機構S千現地区研究本館,つくば市,茨城県(招待講演)
  • 年月日: 2011-12-02
• [学会発表] 原子間力顕微鏡AFMの現状と将来展望 (2011)
  • 著者名/発表者名: 森田清三
  • 学会等名: 第6回新世代研究所(ATI)合同研究会及びATI25周年記念会
  • 発表場所: 紫紺館,御茶ノ水,東京(招待講演)
  • 年月日: 2011-11-29
• [学会発表] 室温元素識別と原子操作組立 (2011)
  • 著者名/発表者名: 森田清三
  • 学会等名: 大阪大学名誉教授会
  • 発表場所: リーガロイヤルホテル光琳の間,大阪市,大阪府(招待講演)(特別講演)
  • 年月日: 2011-11-28
• [学会発表] 表面機能元素の制御と原子構造解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 森田清三
  • 学会等名: 社団法人日本金属学会秋期大会
  • 発表場所: カルチャーリゾートフェストーネ,宜野湾市,沖縄県(招待講演)(基調講演)
  • 年月日: 2011-11-28
• [学会発表] 室温原子操作によるAgナノクラスターの作製 (2011)
  • 著者名/発表者名: 平山直樹
  • 学会等名: 社団法人日本金属学会秋期大会
  • 発表場所: カルチャーリゾートフェストーネ,宜野湾市,沖縄県
  • 年月日: 2011-11-07
• [学会発表] Si(111)-7×7表面上におけるAFM/STMを用いた3D force mappingによる同時測定 (2011)
  • 著者名/発表者名: 上田啓市
  • 学会等名: 社団法人日本金属学会秋期大会
  • 発表場所: カルチャーリゾートフェストーネ,宜野湾市,沖縄県
  • 年月日: 2011-11-07
• [学会発表] 非接触原子間力顕微鏡を用いたH/Si(111)-7×7表面の測定 (2011)
  • 著者名/発表者名: 福本将輝
  • 学会等名: 社団法人日本金属学会秋期大会
  • 発表場所: カルチャーリゾートフェストーネ,宜野湾市,沖縄県
  • 年月日: 2011-11-07
• [学会発表] 原子間力顕微鏡を用いた室温元素識別・原子操作 (2011)
  • 著者名/発表者名: 森田清三
  • 学会等名: 応用物理学会薄膜・表面物理分科会第39回薄膜・表面物理セミナー
  • 発表場所: 産業技術総合研究所臨海副都心センター別館11階,お台場,東京(招待講演)
  • 年月日: 2011-10-28
• [学会発表] 原子を見て動かして組み立てる (2011)
  • 著者名/発表者名: 森田清三
  • 学会等名: 最先端の物理を高校生にSaturday Afternoon Physics 2011
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス,理学部D501大講義室,豊中市,大阪府(招待講演)
  • 年月日: 2011-10-22
• [学会発表] Atom-by-atom Creation and Evaluation of Engineered Nanostructures at Room Temperature Based on Atomic Force Microscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: Seizo Morita
  • 学会等名: 13th International Conference on the Formation of Semiconductor Interfaces (ICFSI-13)
  • 発表場所: Czech Technical University in Prague, Czech Republic(招待講演)(基調講演)
  • 年月日: 2011-07-07
• [学会発表] Atom-by-atom Creation of Engineered Nanostructures at Room Temperature Based on Noncontact Atomic Force Microscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: Seizo Morita
  • 学会等名: 8th International workshop on interfaces at the boundary between natural and synthetic materials
  • 発表場所: University of Santiago, Santiago de Compostela, Spain(招待講演)
  • 年月日: 2011-06-29
• [学会発表] 多元素ナノ構造体の室温原子操作・組立 (2011)
  • 著者名/発表者名: 森田清三
  • 学会等名: 平成23年度澪電会講演会
  • 発表場所: リーガロイヤルホテル,大阪市,大阪府(招待講演)
  • 年月日: 2011-06-03
• [学会発表] 熱揺らぎの有る室温での交換型原子操作 (2011)
  • 著者名/発表者名: 森田清三
  • 学会等名: 日本材料学会分子動力学部門マルチスケールモデリングシンポジウム
  • 発表場所: 大阪大学コンベンションセンター,吹田市,大阪府(招待講演)(基調講演)
  • 年月日: 2011-05-23
• [図書] 「化学のブレークスルー」(PART III「機器分析のブレークスルー」革新論文と解説「原子を見る、測る、動かす新たな万能ツール」) (2011)
  • 著者名/発表者名: 森田清三
  • 総ページ数: 262-265
  • 出版者: 科学同人
• [備考]
  • URL: http://www.afm.eei.eng.osaka-u.ac.jp/jp/index.html