トンネルギャップ差周波発生赤外光を用いた単一分子STMナノスペクトロスコピー

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14350017
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 前田 康二 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (10107443)
• 研究分担者: 福谷 克之 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (10228900) ; 目良 裕 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (40219960)
• キーワード: 走査トンネル顕微鏡 / 赤外吸収 / 分子振動 / 非線形光学 / ナノ分解能 / 近接場 / プラズモン / 分析

研究概要

走査トンネル顕微鏡(STM)の探針-試料間の真空ギャップには、物質によっては強い非線形的な電圧-電流特性が存在すること、また探針付近に光を当てると電磁波の電界強度が金属探針のアンテナ効果と表面プラズモン効果によって著しく増強される効果が存在することを利用して、STMトンネルギャップ付近に異なる波長のレーザ光を照射することにより非常に高い強度の差周波赤外光を探針直下に発生させ、高い空間分解能で赤外吸収分光が行えるような新しい装置の試作を行った。今年度は、照射する2本のレーザ光の1つに半固定波長のチタンサファイアモードロックレーザTsunami(Spectra Physics社,710-980nm,-400mW,100ps)を、他方に波長可変の半導体レーザVelocity(New Focus社,960-985nm,8mW))を用い、これらの光をコリニアーに重ねる光学系を設計した。これを、現有の超高真空STMに改良したSTMコントローラを付け加えた装置にドッキングさせ、試料に2つの光が同時照射できるようにした。
また、金属探針の近傍で光電場増強が起こることを実証する目的で、グラファイト基板上にC_<60>薄膜を堆積させ、さらにその上にAg微粒子を分散させた試料に光を照射したとき、光電場増強によりAg微粒子の周辺でC_<60>分子の光重合反応が特に起こりやすくなるか否かを、STMで直接観察する実験を計画し、そのための光学系と試料の準備を行った。

研究成果

• [文献書誌] 飛田聡, 目良裕, 前田康二: "STMナノスペクトロスコピー"表面科学. 23・4. 224-232 (2002)
• [文献書誌] H.Amasuga, M.Nakamura, Y.Mera, K.Maeda: "The Atomic Processes of Ultraviolet-Laser-induced Etching of Chlorinated Silicon (111) Surface"Appl.Surf.Sci.. 197-198. 577-580 (2002)
• [文献書誌] Y.Nakamura, Y.Mera, K.Maeda: "Spatially Extended Polymerization of C_<60> Clusters induced by Localized Current Injection from Scanning Tunneling Micrscope Tips"Molecul.Cryst.Liq.Cryst.. 386. 135-138 (2002)
• [文献書誌] A.Yajima, S.Abe, K.Suzuki, T.Fuse, Y.Mera, K.Maeda: "Electron-irradiation-induced Ordering in Tetrahedral-Amorphous Carbon Films"Molecul.Cryst.Liq.Cryst.. 388. 147-151 (2002)
• [文献書誌] K.Maeda, A.Hida, Y.Mera: "STM Nanospectroscopic Study of Defects in Semiconductors"Mat.Res.Soc.Symp.Proc.. 719. 153-158 (2002)
• [文献書誌] Y.Nakamura, Y.Mera, K.Maeda: "Nano-scale Imaging of Electronic Surface Transport Probed by Atom Movements Induced by Scanning Tunneling Microscope Current"Phys.Rev.Lett.. 89・26. 266805-1-266805-4 (2002)
• [文献書誌] K.Maeda, Y.Nakamura: "Spreading Effects in Surface Reactions induced by Tunneling Current Injection from an STM Tip"Surf.Sci.. 528. 110-114 (2003)
• [文献書誌] Y.Nakamura, F.Kagawa, K.Kasai, Y.Mera, K.Maeda: "Cluster Reactions in C60 Films Induced by Electron Injection from Scanning Tunneling Microscope Ties"Surf.Sci.. 528. 151-155 (2003)
• [文献書誌] K.Fukutani, A.Itoh, M.Wilde, M.Matsumoto: "Zero-point vibration of hydrogen adsorbed on Si and Pt surfaces"Phys.Rev.Lett.. 88・11. 116101-1-116101-4 (2002)
• [文献書誌] D.Farias, R.Miranda, K.H.Rieder, W.A.Dino, K.Fukutani, T.Okano, H.Kasai, A.Okiji: "On the influence of incident angle in the scattering dynamics of D2 from NiA 1(110)"Chem.Phys.Lett.. 359. 127-134 (2002)
• [文献書誌] H.Aizawa, Y.Morikawa, S.Tsuneyuki, K.Fukutani, T.Ohno: "A density-functional study of the atomic structures and vibrational spectra of NO/Pt(111)"Surf.Sci.. 514. 394-403 (2002)
• [文献書誌] Z.Liu, S.Fujieda, K.Terashima, M.Wilde, K.Fukutani: "Hydrogen Redistribution Induced by Negative-Bias-Temperature Stress in MOS Diodes"Appl.Phys.Lett.. 81. 2397-2399 (2002)