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本研究では、絶縁体表面への帯電現象を原子レベルで研究するため、『絶縁体表面に接触帯電された電荷の分布を素電荷レベルで分離して観察すること』を目的とした。また、特に重要な研究目標として、2次元の固体状態になっている帯電電荷の分布を素電荷レベルで分解して観察するための条件について検討した。具体的には、静電気力顕微鏡を高感度化し、素電荷の高分解能観察に必要な探針と試料表面間に働く引力勾配の大きさについて実験的に検討した。また、絶縁体表面の帯電電荷のエネルギー状態や活性化時の電荷間の静電気的相互作用を研究した。
1)接触帯電した電荷の空間分布の超高分解能観察の実現
シリコン酸化膜表面に接触帯電した電荷は、真空中では拡散しないことが判明している。そこで、試料としてシリコン酸化膜を取り上げ、この表面に接触帯電された電荷を素電荷レベルで観察するために必要な引力勾配の大きさを実験的に解明した。
2)2次元高密度帯電電荷の固体状態の研究
シリコン酸化膜の表面に超高密度に接触帯電し、帯電電化の素電荷レベルの空間分布を観察する。この観察により、2次元の固体状態の帯電電荷が、ウィグナー結晶状態なのか、アモルファス状態なのかを解明した。
3)光照射による帯電電荷の拡散の研究
固体状態の帯電電荷にレーザー光(波長可変)を照射し活性化することにより、帯電電荷の束縛エネルギー(拡散の始まるエネルギー)とその空間分布を解析した。帯電電荷の拡散速度のエネルギー依存性を検討した。
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