|
走査トンネル顕微鏡(STM)による表面内部の研究において、STM探針からトンネルした電流の表面内部を流れる様子を明らかにすることは重要である。特に表面では、表面数原子層のみに局在する表面状態が存在する場合があるが、ここ数年、STMを用いた実験的な研究において、表面状態がしばしば現れ、実験結果の説明において本質的な役割を果たしている。しかし、表面状態を扱った理論的な研究はこれまでほとんど無く、その詳細は未だ明らかにされてはいない。本年度はこの表面状態を経由した電気伝導の計算を行い、表面電気伝導における表面状態の役割を理論的に明らかにした。
本研究ではナノスケールの領域を対象とするため、電気伝導の計算には、弾道的な計算法である多チャンネル・ランダウアー公式を用いた。表面のモデルとしては、タイト・バインディング・ハミルトニアンを用い、透過率の計算はリカージョン法を部分的に適用して行った。電気伝導率の計算は、平坦な表面、島状表面、および双探針STMについて行った。
平坦な表面では、表面最外層のポテンシャルの高さを変化させて計算を行った結果、表面状態が存在しない場合はポテンシャル差が増加するにつれて電気伝導率が急激に減衰するが、表面状態が存在すると、表面状態への伝導チャンネルが開くことにより電気伝導率の減衰はかなり緩やかになることがわかった。島状表面では、島の高さを変化させて電気伝導率を計算したところ、数原子層程度の高さのステップが存在すると、表面状態を経由する電気伝導はほとんど起こらず、バルク状態のみの電気伝導になることがわかった。さらに、双探針STMの計算では、表面状態が存在しない場合は、電気伝導率は2探針間の距離の増加ととも急激に減衰するが、表面状態が存在すると減衰は緩やかになり、距離に反比例して減少することがわかった。
|
