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本年度では、1分子熱電計測用ナノセンサデバイスとして、熱電対組込み型MCBJ(Mechanically-Controllable Break Junction)素子を創製した。作製プロセスでは、まずバフ研磨により鏡面磨きを施したりん青銅基板表面上にポリイミド薄膜をコートし、その上にフォトリソグラフィー及びマグネトロンスパッタ法を用いて引き出し電極を作製した。続いて当該電極パターンの一部を外部マーカーとして用い、電子線リソグラフィー等プロセスによりアルミナ薄膜を形成させた。そして同様のプロセスにより今度はアルミナ表面上に電熱ヒータとして機能する白金細線コイル、白金/金熱電対および金ナノ接合を段階的に作製した。そして最後に反応性エッチングによるポリイミドの等方性エッチングによりフリースタンディングな金ナノ接合を得た。
この新規ナノ構造を用いて室温下における金単原子接点のジュール熱評価を実施した。実験では、デバイス基板を三点曲げの要領で湾曲させることで金ナノ接合を機械的に引っ張り変形させながら、接合のコンダクタンスと熱電対における熱起電力の同時計測を室温・真空下で実施した。金ナノ接合にバイアス電圧を印加すると、当該接合に生じるジュール加熱の影響により熱電対の熱起電力が変化した。接合を徐々に狭窄させていきながら熱電対における熱起電力計測を実施した結果、ナノ接合に生じるジュール熱は接合のサイズによらず概ね電力に正比例することを明らかにすることができた。さらにヒータを通電加熱させることで、金ナノ接合を介した熱流量を熱電対で検出することに成功した。現在、金ナノ接合の熱伝導度の導出を実施している。
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