超高真空極低温高磁場光電子走査型トンネル顕微鏡の製作

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10354011
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 榎 敏明 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (10113424)
• 研究分担者: 小澤 健一 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助手 (00282822) ; 佐藤 博彦 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助手 (90262261) ; 枝元 一之 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (80185123) ; 長村 俊彦 株式会社ユニソク, 開発研究所, 所長
• キーワード: 走査トンネル顕微鏡 / 超高真空 / 極低温 / 高磁場 / 表面分析 / グラファイト / トンネル分光

研究概要

今年度は、前年度に引き続き、超高真空極低温高磁場光電子走査型トンネル顕微鏡の製作及び改良を行った。前年度に改良を加えた除振機構に関して、室温ではほぼ問題がないものの、低温では問題が発生することがわかった。その原因としては、ヘッド付近の同軸ケーブルが低温になると硬化し、外界からの振動を伝達していることが明らかになった。そこで、配線の形状を変化させたところ著しい改善が見られた。さらに、試料処理室と観測室をつなぐフランジに応力が集中し、その結果、除振台が本来の機能を発揮していないという問題も明らかになった。そこで、処理室と観測室の接続を柔らかいベローズに変更した。その結果、低温、強磁場中でグラファイトの原子像が安定して見られるようになった。STSの測定回路は、ロックインアンプを用いた交流法により、微分コンダクタンスを直接測定できるように改良を施した。しかし、直流に交流を混合する方式としてトランスを用いているため、早いバイアススキャンに対する応答速度の点で問題が生ずることがわかり、検討が必要である。
この装置の特性を生かした実験として、低温、磁場中におけるグラファイトのランダウ準位の直接観察を目標とした実験を行った。具体的には、磁場中で微分コンダクタンスを測定し、ランダウ順位の存在を示唆する振動構造が現れるかどうかを検討した。現在のところ、0磁場における微分コンダクタンスと比べて自明な違いは観測されていないが、今後、ノイズ対策や真空度の改善により、データの再現性の向上を目指したい。そのためには、今年度納品された極低温強磁場対応回転STSヘッドの使用も有用であると思われる。また今後は、物質の対象を、様々な形態の炭素材料や、有機伝導体、無機磁性金属等に広げ、低温と磁場を生かした研究をスタートさせていきたい。

研究成果

• [文献書誌] I.Matthews: "Localized Spins in Partially Carbonized Polyparaphenylene"Phys. Rev.. B60. 4749-4757 (1999)
• [文献書誌] Toshiaki Enoki: "Electronic and Magnetic Properties of Nano-Graphite"Proceedings of Applied Diamond Conference/Frontier Carbon Technology Joint Conference,Tsukuba. 213-218 (1999)
• [文献書誌] Toshiaki Enoki: "Host-Guest Systems in Micorporous Carbons"Materials Research Society Proceedings, "Solid State Ionics". 1 (2000)
• [文献書誌] Yoshiyuki Shibayama: "Disordered Magnetism at the Metal-Insulator Thereshold in Nano-Graphite-Based Carbon Material"Phys. Rev. Letters. 84・8. 1744-1747 (2000)
• [文献書誌] Hirohiko Sato: "Dimensional Crossover and Angular Dependent Magnetoresistance of Magnetic Graphite Intercalation Compounds; MCI_2GIC's (M=Cu and Co)"J. Phys. Soc. Jpn.. 69(In press). (2000)
• [文献書誌] Yoshiyuki Shibayama: "Novel Electronic Properties of a Nano-Graphite Disordered Network and Their Iodine Doping Effects"J. Phys. Soc. Jpn.. 69(In press). (2000)
• [文献書誌] B.L.V.Prasad: "Nano-Graphites and Their Potassium Intercalated Compounds: Structural and Electronic Properties"Mol. Cryst. Liq. Cryst. (In press). (2000)
• [文献書誌] Hirohiko Sato: "Anomalous Angular Dependence of Magnetoresistance in MCI_2-GIC's (M=Cu and Co)"Mol. Cryst. Liq. Cryst. (In press). (2000)
• [文献書誌] Yoshiyuki Shibayama: "I^<129> Mossbauer Effect of Iodine Adsorbed in Activated Carbon Fibers"Mol. Cryst. Liq. Cryst. (In press). (2000)
• [文献書誌] **tsuko S.Suzuki: "Successive Magnetic Phase Transitions of Cu_CCo_<1-C>Cl_2-FeCl_3 Graphite Intercalation Compounds"Mol. Cryst. Liq. Cryst. (In press). (2000)
• [文献書誌] Kazuyuki Takai: "Fluorine-Introduced sp^3-Carbon Sites in a Nano-Sized p-Electron System and Their Effects on the Electronic Properties"Mol. Cryst. Liq. Cryst. (In press). (2000)
• [文献書誌] Toshiaki Enoki: "Nano-Graphite and its Intercalation Compounds"Proceedings of 4^<th> Biennial International Workshop in Russia, Fullerenes and Atomic Clusters, St. Petersburg. (1999)