原子サイズの機械加工-原子直視観察と応力直接測定-

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12555198
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 木塚 徳志 名古屋大学, 難処理人工物研究センター, 講師 (10234303)
• キーワード: STM / AFM / HRTEM / 応力測定

研究概要

本研究の目的は、高分解能透過電子顕微鏡の試料室で、先端径数ナノメートルの工具を、ピエゾ素子を用いて駆動し、原子サイズの切削・接合・変形・破断などの機械加工を行い、原子配列変化と応力-歪み関係を、その場で同時に観察し、その加工機構を明らかにする手法を開発することである。特に、実験的な原子直視観察と応力直接測定を同時に達成することが、本研究の主眼である。
本年度は電子顕微鏡試料室を設計し、その一部を作製した。
(1)加工工具の制御装置および駆動電源:ピエゾ素子駆動方式を採用し、応力を検出する際に使用する片持ちレバーが先端に付けられるように設計した。また、加工工具が試料と接触している面積を、電気的に検出できるようにした。駆動時の変位分解能が0.05nm程度になるようにピエゾを設計した。このピエゾに印可する電圧を制御するリップル1mV以下の電源を作製した。
(2)加工される試料の保持装置および駆動電源を設計した。これは、試料を最適分解能が得られる観察位置に移動する装置とその駆動電源である。
(3)応力測定装置および電気回路を設計した。これは、工具を支持している片持ちレバーの歪み量を、光反射方式で検出し、レバーの弾性率より応力の値を得る装置である。ピコニュートンの力を検出できるようにした。レバーの曲がり量だけでなく、ねじれ量を測定し、応力の2成分測定ができるようにした。また、検出信号を、コンピューターで処理するための増幅器等の電気回路を作製した。

研究成果

• [文献書誌] Tokushi Kizuka: "Direct atomistic observation of a contact process between crystalline silicon surfaces at room temperature"Phys.Rev.. B63. 51-54 (2001)
• [文献書誌] Tokushi Kizuka, et al.: "Simultaneous Observation of Millisecond Dynamics in Atomistic Structure, Force and Conductance"Jpn.J.Appl.Phys.. 40. L48-L51 (2001)
• [文献書誌] Tokushi Kizuka, et al.: "A single vacancy chain and its bundle in magnesium oxide as line type lattice defects"Jpn.J.Appl.Phys.. 40. 428-429 (2001)
• [文献書誌] Tokushi Kizuka, et al.: "Three-dimensional imaging of carbon nanotubes"Jpn.J.Appl.Phys.. 40. L56-L58 (2001)
• [文献書誌] Tokushi Kizuka, et al.: "Metal-insulator transition in single atom gold wires"Jpn.J.Appl.Phys.. 40. L71-L74 (2001)
• [文献書誌] 木塚徳志: "固体力学現象の原子挙動"固体物理. (2000)