超高真空中走査型マイクロ4端子プローブによる局所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: 13305004
• 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: 松田 巌 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助手 (00343103)
• キーワード: 4端子プローブ / 金属絶縁体転移 / パイエルス転移 / 弱局在 / 表面電気伝導 / シリコン / 表面超構造 / 2次元吸着原子ガス

研究概要

昨年度製作した「マイクロ4端子プローブ測定装置」と10μm間隔のマイクロ4端子プローブを用いた実験研究を行い、下記の成果を得た。
1.微斜面シリコン(111)表面上にインジウムを1原子層吸着させて形成される4×1-In構造の電気抵抗を、室温から80Kの温度範囲にわたって測定した。その結果、120K以上では金属的な伝導度を示したのに対し、120K以下に冷却すると急激に電気抵抗が上昇して絶縁体的に転移することを見出した。これは、以前に私たちが見出したパイエルス転移に伴う4×1→8×2構造相転移に対応した変化である。このように、表面状態を通る電気伝導度の測定によって、金属・絶縁体転移をはじめて検出することに成功した。
2.シリコン(111)表面上に銀を1原子層吸着させて形成される√<3>×√<3>-Ag構造の電気伝導度を、室温から80Kの温度範囲にわたって測定した。その結果、250K以上では金属的な変化を示したのに対し、250K以下に冷却すると急激に伝導度が減少して絶縁体的に変化することを見出した。以前からの研究によると、250K付近で起こる相転移は見出されていないことから、今回見出された上述の伝導度の変化が何に起因しているのか、以下の2つの原因が考えられる。一つは、構造の乱れによるキャリアの弱局在効果、もう一つが、表面上に存在する余剰銀原子の2次元ガス相が250K以下で凍結することに起因する、という仮説である。来年度、さらなる研究を行ってこの現象を解明したい。

研究成果

• [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] S.Hasegawa, I.Shiraki, T.Tanikawa, C.L.Petersen, et al.: "Direct measurement of surface-state conductance by microscopic four-point probe method"Journal of Physics : Condensed Matter. 14. 8379-8392 (2002)
• [文献書誌] 長谷川修司, 白木一郎, 谷川雄洋, C.L.Petersen, F.Grey: "マイクロ4端子プローブによる表面電気伝導の測定"固体物理. 35. 299-308 (2002)
• [文献書誌] X.Tong, S.Ohuchi, T.Tanikawa, A.Harasawa, S.Hasegawa, et al.: "Core-level photoemission of the Si(111)・√<21>×√<21>-Ag surface using synchrotron radiation"Applied Surface Science. 190. 121-128 (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)