分子間相互作用を用いた分子の同定と制御

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11226203
• 研究種目: 特定領域研究(B)
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 山田 啓文 京都大学, 工学研究科, 助教授 (40283626)
• 研究分担者: 杉村 博之 名古屋大学, 工学研究科, 助教授 (10293656) ; 堀内 俊寿 京都大学, 工学研究科, 助手 (10238785) ; 夛田 博一 京都大学, 工学研究科, 講師 (40216974)
• キーワード: 非接触原子間力顕微鏡 / 原子分解能観察 / NC-AFM / FM検出法 / 位相同期ループ回路 / フラーレン / アルカンチオール

研究概要

有機分子系薄膜の表面は、分子の形状や大きさに応じて複雑な表面構造をもち、AFM深針を精密に制御することが必要となるが、現状ではその制御は容易でない。その主な原因として、AFMにおける深針-試料間相互作用の有効範囲が、現状のダイナミックモードにおけるカンチレバーの制御振動振幅に比べると、大変小さいことが挙げられる。このため、深針の試料形状に対する応答追従性を改善することは容易ではない。
本年度の研究では、この応答追従性の改善を目指して、非接触AFMにおいて用いられる周波数変調検出法(FM検出法)の周波数検出感度を向上するために、独自のFM検出回路を開発した。周波数検出回路として位相同期ループ(PLL)回路を採用しているが、通常問題となる電圧制御発信器(VCO)の周波数安定性を改善するために水晶発振器を用いたVCO(VCXO)を用いた。これによって周波数安定度は0.01Hz(1kHz周波数帯域)と飛躍的に向上した。一方、カンチレバー毎に異なる共振周波数のばらつきに対応するため、入力周波数部に対応して変化する局部発信周波数との混合により、常に中間周波数を4.50MHzとするように周波数変換している。この回路を用いて行ったSi(111)面上に堆積したC_<60>分子薄膜の結晶アイランドのAFM観察では、個々の分子を解像することに成功し、周期約1nmでヘキサゴナルに充填する結晶構造が、アイランドのステップ端と同時に明瞭に観測された。さらに、末端基のチオールとAuの特異的結合によってAu(111)表面上に自己組織的に配向することで知られるアルカンチオール自己組織化単分子膜についてもAFM観察を行った。拡大観察像においては、部分的にではあるが粒状のヘキサゴナルに充填する周期構造が確認できた。観察像のこの微細構造の周期は約0.5nmであり、いわゆる√<3>×√<3>構造の周期に一致した。

研究成果

• [文献書誌] Kei Kobayashi: "Investigations of C_<60> molecules deposited on Si(111) by noncontact atomic force microscopy"Applied Surface Science. 140. 281-286 (1999)
• [文献書誌] Shin-ichi Yamamoto: "Nanoscopic imaging of mechanical properties of metal films with magnetic-force-controlled AFM"Surface Science. 433-435. 567-574 (1999)
• [文献書誌] Xinqi Chen: "Investigation of Surface Potential of Ferroelectric Organic Molecules by Scanning Probe Microscopy"Jpn. J. Appl. Phys.. Vol. 38. 3932-3935 (1999)
• [文献書誌] Kei Kobayashi: "UHV-STM Studies on the Structures of Alkanedithiol Self-Assembled Monolayers"Applied Surface Science. 144-145. 435-438 (1999)
• [文献書誌] Xinqi Chen: "Strong substrate effect in local poling of ultrathin ferroelectric polymer films"Thin Solid Films. 353. 259-263 (1999)
• [文献書誌] Xinqi Chen: "Surface potential of ferroelectric thin investigated by scanning probe microscopy"Journal of Vacuum Science & Technology B. Vol. 17, No. 5. 1930-1934 (1999)
• [文献書誌] Xinqi Chen: "Investigation of Surface Potential on Ferroelectric Organic Molecules by Scanning Probe Microscopy"Japanese Journal of Applied Physics. 38. 3932-3935 (1999)
• [文献書誌] Kei Kobayashi: "Dynamic Force Microscopy Investigations of C60 Deposited on Si(111) Surface"Jpn. J. Appl. Phys.. Vol. 38. 1550-1552 (1999)
• [文献書誌] Kei Kobayashi: "Imaging of Fullerene Molecules on Si(111) - 7x7 Surface with NC-AFM"Applied Surface Science. (in press).