4探針走査トンネル顕微鏡の開発とナノメータ・スケール表面電気伝導の研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12355003
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 長谷川 修司 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助教授 (00228446)
• 研究分担者: 細木 茂行 (株)日立製作所, 中央研究所, 主管研究員 ; 松田 巌 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助手 (00343103)
• キーワード: 擬1次元系 / 4探針プローブ / カーボンナノチューブ / 走査電子顕微鏡 / 表面電気伝導 / シリコン / 表面超構造 / 表面電子バンド

研究概要

一昨年度に製作し、昨年度に改良を加えた4探針走査トンネル顕微鏡(4T-STM)装置を用いて実験を行い、下記の成果を得た。
1.4つの探針を正方形状に配置して試料表面上に接触させて伝導度を測定する「正方4端子法」を考案し、実際にSi(111)-4x1-In表面に適応した。この方法は、従来の「線形4端子法」と異なり、伝導度の異方性を測定することができる。実験の結果、4x1-In表面は、インジウム原子鎖に平行方向の伝導度(σ_<//>)がそれに直角方向の伝導度(σ_⊥)より80倍高いことが明らかとなった。バンド構造から計算される伝導によると、σ_<//>は1次元的な表面電子バンドにより、σ_⊥は下地基板の表面空間電荷層による伝導でほぼ説明できることがわかった。つまり、この表面状態は電気伝導の観点からも極めて1次元性が強い擬1次元電子系といえる。
2.多層カーボンナノチューブ(MWCNT)を酸化膜に覆われたシリコン基板上に分散させ、そのうちの1本を2探針で拾い上げて固定することにより、1本のMWCNTの伝導度を2探針法によって測定した。その結果、抵抗値はCNTの長さに依存しなかった。これは、W探針とCNTとの接触抵抗が大きく、CNT固有の抵抗値を測定できていないと考えられる。
3.大阪大学工学部より、金属電極間に架橋したCNTの試料の提供を受け、それを2探針法で測定した。

研究成果

• [文献書誌] S.Hasegawa, I.Shiraki, F.Tanabe, R.Hobara: "Transport at surface nanostructures measured by four-tip STM"Current Applied Physics. 2. 465-471 (2002)
• [文献書誌] S.Hasegawa, F.Grey: "Electronic transport at semiconductor surfaces-from point-contact transistor to micro-four-point probes"Surface Science. 500. 84-104 (2002)
• [文献書誌] 長谷川修司, 白木一郎, 田邊輔仁, 保原麗, 金川泰三, 谷川雄洋, 松田巌: "ミクロな4端子プローブによる表面電気伝導の測定"表面科学. 23. 740-752 (2002)
• [文献書誌] H.Morikawa, I.Matsuda, S.Hasegawa: "STM observation of Si(111)-α-√<3>×√<3>-Sn at low temperature"Physical Review B. 65. 201308(R)-1-201308(R)-4 (2002)
• [文献書誌] G.LeLay, A.Cricenti, T.Tanikawa, I.Matsuda, S.Hasegawa, et al.: "Evidence of asymmetric dimers down to 40K at the clean Si(100)surface"Physical Review B. 66. 153317-1-153317-4 (2002)
• [文献書誌] S.S.Lee, J.R.Ahn, N.D.Kim, S.V.Ryjkov, S.Hasegawa, et al.: "Adsorbate-induced pinning pf a charge-density wave in a quasi-1D metallic chains : Na on the In/Si(111)-(4x1)surface"Physical Review Letters. 88. 196401-1-196401-4 (2002)