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

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09440113
• 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 / 走査散逸力顕微鏡 / グラファイト

研究概要

超高貴空中では、非接触原子間力顕微鏡(ncAFM)によって表面の原子尺度像が得られることが判明し、いくつかの実験グルーブでは明瞭な表面原子像を観察しつつある。したがって、そのメカニズムの理論的解明と定量解析法を開発することが理論研究の急務になった。理論的な機構を探るにはカンチレバーの振動状態が、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の分布、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、第一原理計算か、ら探針・表面相互作用力を計算し、これを共鳴周波数シフトに変換して非接触原子間力顕微鏡像を再現するための理論シミュレーション法を開発した。さらに、要請される大規模計算を効率化するために、2次元フーリエ変換法を開発した。これらを実際の系に適用する研究を、Si(111)7x7表面,Si(111)√<3> ×√<3>-Ag表面に適用して実験と比較し、良好な結果を得た。一方、非接触走査散逸力顕微鏡(ncDFM)の理論を研究し、この実験法が表面のナノ力学的な性質、例えばを表面のやや内部にある空洞の画像化などを検出するため有効なことを確認した。また散逸量を支配する原子揺らぎが原子の質量で異なることを利用して、走査トンネル顕微鏡では不可能であった、表面の原子種の同定の可能性にを調べている。

研究成果

• [文献書誌] N. Kobayashi, N. Brabbyge and M. Tsukada: "Transmission Channels through Na and Al Atom Wire"Surface Sci.. 433-435. 854-857 (1999)
• [文献書誌] N. Sasaki and M. Tsukada: "New Method for Noncontact AFM Image Simulations"Jpn. J. Appl. Phys.. 38. 192-194 (1999)
• [文献書誌] N. Sasaki and M. Tsukada: "Theory for the effect of the tip-surface interaction potential on atomic resolution in forced vibration system of noncontact AFM"Appl. Surf. Sci.. 137/3-4. 339-343 (1999)
• [文献書誌] H. Aizawa, M. Tsukada, N. Sato and S. Hasegawa: "Asymmetric Structure of the Si(111)-√<3> ×√<3> -Ag Suface"Surface Sci.. 429. 509-514 (1999)
• [文献書誌] H. Aizawa and M. Tsukada: "First-Principles Study of Ag Adatimson the Si(111) -√<3>×√<3>- Ag Surface"Phys. Rev. B. 59. 10923-10927 (1999)
• [文献書誌] M. Brandbyge, N. Kobayashi and M. Tsukada: "Conduction Channels at Finite Bias in Single-Atom Gold Contacts"Phys. Rev. B. 60. 17064-17070 (1999)
• [文献書誌] M. Gauthier and M. Tsukada: "Theory of non-contact dissipation force microscopy"Phys. Rev. B. 60. 11716-11722 (1999)
• [文献書誌] M. Tsukada, N. Kobayashi, M. Brandbyge and S. Nakanishi: "Physics of Arttificial Nano-Structures on Surfaces"Progr. Sruf. Sci.. (印刷中).
• [文献書誌] 塚田捷,小林伸彦,佐々木成朗: "走査プローブ顕微鏡の理論-その現状と新展開"表面科学. 306-312 (1999)
• [文献書誌] 塚田捷: "走査トンネル顕微鏡の物理"応用物理学会誌. (印刷中).
• [文献書誌] N. Sasaki, H. Aizawa and M. Tsukada: "Theoretical simulation of noncontact AFM images of Si(111) -√<3>×√<3> -Ag surface based on Fourier expansion method"Appl. Suf. Sci. (印刷中).
• [文献書誌] N. Sasaki, H. Aizawa and M. Tsukada: "Fourier Expansion Method for Noncontact AFM Image Simulations - Application to Si(111 ) -√<3>×√<3> -Ag Surface"JJAP L.. (印刷中).