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本研究の目的は、固体表面を利用して、電気輸送、磁性など様々な機能を有する物質を探索し、その物質化学的基盤を確立することにある。この目的のために、本研究では、第一に、独立に動作する二つの探針を有する走査トンネル顕微鏡(STM)を実現するための基礎研究を行い、第二に、巨視的な伝導度・磁性などの物性の発現・制御が期待される表面物質系の探索および、STM等によるその物性評価を行った。
双探針STMについては、STMのドリフト速度の評価、走査トンネル分光の迅速測定のためのシステム開発を行った後、双探針STMにおける探針相互間が近接した際の相互位置関係を一定に保つための動作アルゴリズムを研究した。
Cu(100)表面上のIn単原子層について、走査トンネル顕微鏡、走査トンネル分光、角度分解光電子分光、低速電子回折による検討を進めた。この系では、被覆率によっていくつかの構造が形成されるが、各々が、温度変化に伴って相転移を示す。本研究では、これらのうち二つの相転移が、表面共鳴バンドが形成するフェルミ面のネスティングによる電荷密度波(CDW)転移であることを示した。電荷密度波の形成に伴って2次元エネルギーバンドに擬ギャップが形成されていることを明らかにした。このことから、この超薄膜系では、相転移に伴って電気伝導度に大きな変化が生じると予想される。さらに、その類縁物質系の探索を進め、銀(100)上のビスマス単原子層について、その相図の決定、低温秩序層の構造解析を行った。低温秩序層においては、ビスマス原子がジグザグ鎖を形成して平行に配列する構造であることを結論した。非常に異方性の高い構造であり、一次元的な物性を示す可能性が示唆された。
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