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本研究室で開発したその場電子顕微鏡法を用いて、金属ナノ接点、原子ワイヤー、および単一分子素子について研究した。本研究の目的は金属ナノ接点と原子ワイヤーの構造の原子ダイナミクスと電気伝導・力学特性との対応関係を明らかにすること、および単一分子素子の開発のためにナノ接点を単一分子構造に応用することである。以下に4つの成果を示す。
1.銀原子ワイヤーの作製と構造観察および電気伝導と力学値測定を初めて行った。形成時原子間距離の増大とコンダクタンスの低下がみられ、銀原子ワイヤーに不純物が導入されている可能性が示唆された。今後単原子分解能で元素識別する手法を導入し、この構造の形成メカニズムの詳細な解析を目指す。
2.ナノ配線の故障原因であるエレクトロマイグレーション(EM)現象をその場観察した。EMは金属ナノ接点に数百ミリボルトの電圧を印加することで発生させた。EMの初期段階では原子が1つずつ移動するunzipping機構を観察した。また銀、金、銅、および白金のナノ接点に対してEM発生の臨界電圧条件が明らかになった。
3.EMを用いたナノギャップ構造の作製について研究した。このナノスケールの間隔を持った2つの電極が単一分子素子の開発に有用である。金属ナノ接点をEMによって破断させると、この構造が作製可能である。2.で述べたunzipping機構のような接点の表面での原子移動が主となるEM変形をする印加電圧範囲を明らかにした。これによりナノ構造に通電するだけで制御されたナノギャップが作製可能になった。
4.単一分子素子の作製と特性評価のためにC_<60>単一分子の原子配置観察を行った。孤立単一分子の透過電子顕微鏡像の原子位置のコントラストをプログラムで計算した像と比較することで、原子配置と分子の方位を同定した。以上の成果をまとめ、1報の英語原著論文と計14報の国際・国内会議講演として発表した。
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