探針が誘導する電子・原子過程の機構と制御

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09044064
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 塚田 捷 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (90011650)
• 研究分担者: A.H Harker University College London, 上級研究員 ; A Fisher University College London, 上級研究員 ; A Shluger University College London, 上級研究員 ; 小林 功佳 お茶の水女子大学, 理学部, 助教授 (80221969) ; 田村 了 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助手 (20282717)
• キーワード: 原子間力顕微鏡 / 探針・表面間相互作用 / 摩擦力顕微鏡 / 分子架橋 / 鏡像力

研究概要

走査プローブ顕微鏡の探針と表面が原子尺度の空間でどのような相互作用をし、これが走査プローブ顕微鏡像やその電子(原子間力)分光にどのような影響を与えるか、また走査トンネル顕微鏡によるナノ構造の形成と機能探索などの基礎理論を日英チームの協力にって開発することが、本研究の目的である。本年度は日本チームがロンドン大学を訪問し、これまでの成果を中心に検討を行い、また広範な意見交換を行った。その後、9月と2月には、A.Shluger博士が訪日し共同研究を実施した。代表者は2月に研究の取りまとめのためロンドン大学を訪問した。田村と代表者とはそれぞれの研究発表と動向調査のためスイスおよびスペインの研究機関を訪問した。本年度の重要な成果は、探針の非線形動力学を解析し、非接触原子間力顕微鏡像とフォース分光の理論シミュレーション法を開発した。また酸化物表面と探針間の力の第一原理計算を行い、原子間力顕微鏡像の特徴を明らかにした。この系では探針によって探針によって抜き取られた表面原子が、紐のように探針に付着する様子が見い出された。さらに表面と探針間に形成された金属原子の電子状態と著しい量子伝導現象の研究を行った。コンダクタンスの量子化の様相と原子軌道との関連などを解明した。さらに、探針と表面間の分子架橋の内部電流についても研究し、興味深いリング状電流の誘導と、その起原を調べた。動的な鏡像力の理論を展開し、トンネル障壁にこれがどのように影響するかを明らかにした。また弾道的電子放射顕微鏡の機構を、リカージョン伝達行列法を拡張して考察した。今後の走査トンネル顕微鏡の探針として理想的と思われるカーボンナノワイヤの接合系についても、その伝導特性を理論的に詳細に明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] M.Taukada,N.Sasaki,R.Tamura,N.Sato and K.Abe: "Features of the Cantilever Motion in Dynamical Mode AFM" Surface Sci.401. 355-363 (1998)
• [文献書誌] S.Nakanishi,R.Tamura,and M.Tsukada: "Ballistic Transport in Artificial Nano-Circuits" Jpn.J.Appl.Phys.37. 3805 (1998)
• [文献書誌] M.Brandbygo and M.Tsukada: "Local Density of States from Transmission Amplitudes in Multi-Channel Sysytems" Phys.Rev.B. 57. R15088-R15091 (1998)
• [文献書誌] Ryo Tamura and Masaru Tsukada: "Degeneracy and Repulsion Between the Bands of Periodic Carbon Nanotube Junctions" J.Phys.D,in press.
• [文献書誌] 小林伸彦、塚田捷: "原子マニピュレーションと原子コンタクト" 表面科学. vol.19,No.3. 161-166 (1998)
• [文献書誌] 佐々木成朗、塚田捷: "摩擦力顕微鏡の物理-ナノトライボロジーのメカニクス-" 応用物理. 67. 1370-1375 (1998)
• [文献書誌] 塚田捷: "「第一原理電子状態計算によるSTM像の解析」「走査プローブ顕微鏡-STMからSPMへ」" 丸善出版, 245 (1998)
• [文献書誌] N.Sasaki,and M.Tsukada: "Theory of Scanning Probe Microscopy" (Springer,eds T.Sakurai),in press,