原子間力顕微鏡が誘導する原子プロキシミティー場の諸現象

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09440113
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 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: 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 / 固体表面 / ナノ構造 / 摩擦力顕微鏡 / グラファイト

研究概要

原子間力顕微鏡(AFM)の測定モードには接触型AFM、水平力(摩擦力)顕微鏡、非接触型(nc)AFMがある。本年度は種々の理論解析とシュミレーションにより、グラファイトの摩擦力顕微鏡像をトムリンソン機構によって再現した。短針の加重が小さく表面との相互作用が弱い場合は探針先端原子は支点位置の連続な一価関数であるが、加重を大きくしてゆくと探針先端原子はポテンシアル面上の多くの準安定なくぼみを、次々と選びながら移動することになる。この跳び移りによって系のエネルギーが散逸し、これがミクロな摩擦の起源となる。跳び移る瞬間の支点の位置が像の明暗部を分かつ境界線になることを明らかにし、像の加重による特徴的な移り変わりを説明した。
最近,ncAFMによって表面の原子尺度像が得られることが判明し、メカニズムを解明が理論研究の急務となった。理論的な機構を探るにはカンチレバ-の振動状態が、探針・表面間の極めて非線形な相互作用によってどのような影響をうけるか、両者に働く力と探針上でのそん分布、散逸の効果などを明らかにしなければならない。本年度は前者について集中的な研究を行っなった。探針が折り返し点で表面との相互作用ポテンシアル域内に入ると、共鳴曲線のピーク位置がわずかにずれるようになる。斥力領域では動的接触モードという振動状態が可能でこれより。双モード現象が出現する。これらはポテンシアルの局所形状に敏感で、原子尺度分解能の重要な因子となりうる。

研究成果

• [文献書誌] T.Uchiyama and M.Tsukada: "Scanning-Tunneling-Microscopy Images of Oxygen Adsorption on the Si(001)Surtface" Phys.Rev.B55. 9356-9359 (1997)
• [文献書誌] N.Kobayashi, K.Hirosie and M.Ysukada: "Theoretical Study of Silicon Adatom Transfer from Silicon Surface" Jpn.Appl.Phys.36. 3791-3795 (1997)
• [文献書誌] N.Sasaki and M.Tsukada: "Theoretical analysis of the Load Dependence of Frictional-Force Microscopy Image Pattern of Graphite Surface" Phys.Rev.B. in press
• [文献書誌] N.Sasaki, M.Tsukada, S.Fujisawa, Y.Sugawara and S.Morita: "Theoretical Analyses of Atomic-Scale Friction inFridional-Force Microscopy" Tribology Letters. in press
• [文献書誌] M.Tsukada, N.Sasaki, R.Tamura N.Sato and K.Abe: "Features of the Cantilever Motion in dynamical Mode AFM" Surface Sci.in press
• [文献書誌] N.Sasaki, M.Tsukada, S.Fujisawa, Y.Sugawara, S.Morita and K.Kobayashi: "Analysis of frictional-force image patterns of a graphite surface" J.Vac.Sci.and Techn.B.1997 (154)
• [文献書誌] N.Sasaki, M.Tsukada, S.Fujisawa, Y.Sugawara, S.Morita and K.Kobayashi: "Analysis of frictional-force image patterns of a graphite surface" J.Vac.Sci.and Techn.B.1997 (154)1479-1482: