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2016 年度 実施状況報告書

Si(110)表面の一次元電子状態の研究

研究課題

研究課題/領域番号 15K05119
研究機関東北大学

研究代表者

須藤 彰三  東北大学, 理学研究科, 教授 (40171277)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワードSi(110)表面 / 水素終端シリコン表面 / 1次元フォノン / 1次元電子状態 / 2次元電子状態 / DFT計算
研究実績の概要

本研究の目的は、我々の研究グループで開発した高品位な水素終端Si(110)-(1×1)表面[H:Si(110)]を用い、その表面及びバルク構造に由来するフォノンと電子状態を明らかにすることにある。加えて、H:Si(111)表面も含め、表面の物性研究やデバイスへの応用を目指した基礎研究も行う。本年度は、昨年度の成果を発展させるために、引き続き表面フォノン、表面及びバルクの電子状態の研究を中心に実験と理論解析を行った。加えて、平坦な表面の作製のために、化学的なエッチング過程の実験的・理論的研究も遂行した。 その結果、以下の8項目の成果を得た。
(1)計画に従って、重水素化表面D:Si(110)及びD:Si(111)表面の開発を行い、論文を発表した。(2)本申請で計画した電子エネルギー損失分光法による測定に加え、赤外フーリエ分光法で測定を行った。(3)電子状態に関して、局所電子密度近似を用いて第一原理計算を行った。その計算と昨年度実施した高分解能角度分解光電子分光法によって得られたエネルギー分散曲線との比較を行い、電子状態を明らかにした。(4)計画に従って、上記エネルギー分散曲線からΓ-X方向及びΓ-X’ 方向のホール移動度を求め、現在のデバイス特性との関連を議論した。(5)項目(3)及び(4)を論文としてまとめ、投稿した。(6)昨年度明らかになったエッチング過程で出現するΓ-X方向の特異な1次元構造に関して解析を進めた。非線形偏微分方程式Kuramoto-Sivashinsky方程式に従うことを明らかにした。(7)その妥当性と適用可能性を探究するために、Si(110)微傾斜面を用いてエッチング過程の観察をAFMにより行った。(8)計画に従って、H:Si(111)表面におけるAgクラスターの初期成長過程をSTM及びAFMで観察した。その結果、特異な量子サイズ効果の発現を観察した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

a. 実績(1)から(8)に述べたように、多少の遅れはあるが、計画通りに実験結果と理論計算結果が得られており、国際会議で2件、国内の学会で1件の招待講演と12件の発表を行っている。
b. 実績(1)に述べたように、重水素化表面D:Si(110)-(1×1)及びD:Si(111)-(1×1)表面の開発を行い、論文として発表した。
c. 実績(5)に述べたように、Si(110)面の電子状態とホール易動度に関する論文をまとめ投稿した。現在、査読結果に対する回答及び改訂原稿を提出し、再審査の結果を待っているところである。
d. 申請書に記述した実験データに関して、H:Si(110)及びH:Si(111)表面の酸化に関する以外、すべてを取得した。

今後の研究の推進方策

最終年度にあたり、申請書に記述した計画と比較すると、実験及び理論計算においてH:Si(110)及びH:Si(111)表面の酸化に関する計画以外は、すべてを取得した。
本年度は、今年度実績に基づき、以下の6項目の研究の実施を計画している。
(A)項目(2)に関して:赤外分光の測定結果の解析と論文としての発表。(B)項目(5)に関して:出版に向けて論文査読への応答。(C)項目(6)に関して:論文執筆と投稿。
(D)項目(7)に関して:実験結果の解析、理論計算、まとめと論文の執筆。(E)項目(8)に関して:実験結果の解析とまとめ、論文の執筆。(F)上述のH:Si(110)及びH:Si(111)表面の酸化過程の実験の遂行。

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Wet chemical preparation and isotope exchange process of H/D-terminated Si(111) and Si(110) studied by adsorbate vibrational analysis2017

    • 著者名/発表者名
      Erina Kawamoto, Jungmin Kang, Takuya Matsuda, Taro Yamada, and Shozo Suto
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 56 ページ: 1-7

    • DOI

      10.7567/JJAP.56.025701

    • 査読あり
  • [学会発表] 水素終端Si(111)-(1×1)表面におけるAg島状成長過程の運動学的制御2017

    • 著者名/発表者名
      姜正敏, 江口豊明, 川本絵里奈, 松下ステファン悠, 芳賀健也, 金川詩野, 加藤大樹, Andrzej Wawro, Ryszard Czajka, 須藤彰三
    • 学会等名
      日本物理学会 第72回年次大会
    • 発表場所
      大阪大学(大阪、豊中)
    • 年月日
      2017-03-17 – 2017-03-20
  • [学会発表] 水素終端Si(110)表面のエッチング過程IV:KS方程式による考察2017

    • 著者名/発表者名
      川本絵里奈, 松下ステファン悠, 山田太郎A, 川勝年洋, 須藤彰三
    • 学会等名
      日本物理学会 第72回年次大会
    • 発表場所
      大阪大学(大阪、豊中)
    • 年月日
      2017-03-17 – 2017-03-20
  • [学会発表] 水素終端Si(111)-(1×1)表面におけるFe原子の吸着構造と電子状態のSTMによる評価2017

    • 著者名/発表者名
      川口諒, 江口豊明, 須藤彰三
    • 学会等名
      日本物理学会 第72回年次大会
    • 発表場所
      大阪大学(大阪、豊中)
    • 年月日
      2017-03-17 – 2017-03-20
  • [学会発表] STMによる水素終端Si(111)-(1×1)表面上のAgクラスターの初期成長過程2017

    • 著者名/発表者名
      永田龍太郎, 姜正敏, 川本絵里奈, 川口諒, 江口豊明, 須藤彰三
    • 学会等名
      日本物理学会 第72回年次大会
    • 発表場所
      大阪大学(大阪、豊中)
    • 年月日
      2017-03-17 – 2017-03-20
  • [学会発表] Etching process of hydrogen-terminated Si(110) vicinal surfaces prepared by a wet chemical process2017

    • 著者名/発表者名
      Layli Amaliya, Erina Kawamoto, Tomoyuki Yoneyama, Toshihiro Kawakatsu, Toyoaki Eguchi, Shozo Suto
    • 学会等名
      日本物理学会 第72回年次大会
    • 発表場所
      大阪大学(大阪、豊中)
    • 年月日
      2017-03-17 – 2017-03-20
  • [学会発表] 水素終端Si(111)-(1×1)表面の銀クラスターの成長過程2017

    • 著者名/発表者名
      青柳利哉, 川本絵里奈, 小嶋昭太郎, 姜正敏, 江口豊明, 須藤彰三
    • 学会等名
      日本物理学会 第72回年次大会
    • 発表場所
      大阪大学(大阪、豊中)
    • 年月日
      2017-03-17 – 2017-03-20
  • [学会発表] 赤外吸収による水素終端Si(110)-(1×1)表面のH-Si伸縮振動モードの解析2017

    • 著者名/発表者名
      河野純子, 川本絵里奈, 吉信淳, 須藤彰三
    • 学会等名
      日本物理学会 第72回年次大会
    • 発表場所
      大阪大学(大阪、豊中)
    • 年月日
      2017-03-17 – 2017-03-20
  • [学会発表] 水素終端Si(111)-(1×1)表面上のAgクラスターの成長過程と量子サイズ効果2017

    • 著者名/発表者名
      永田龍太郎, 姜正敏, 川本絵里奈, 川口諒, 江口豊明, 須藤彰三
    • 学会等名
      東北大学院 理学研究科 ・生命理学研究科 理学・生命科学 2研究科合同シンポジウム 2017
    • 発表場所
      東北大学(宮城、仙台)
    • 年月日
      2017-02-17 – 2017-02-17
  • [学会発表] HREELSNの歴史と将来2016

    • 著者名/発表者名
      須藤彰三
    • 学会等名
      2016年度真空・表面科学合同講演会2016年度
    • 発表場所
      名古屋国際会議場(愛知、名古屋)
    • 年月日
      2016-11-29 – 2016-12-01
    • 招待講演
  • [学会発表] 水素終端Si(111)-(1×1) 表面上のAg ナノクラスターの成長過程III:蒸着速度依存性2016

    • 著者名/発表者名
      姜正敏, 川本絵里奈, 松下ステファン悠, 芳賀健也, 金川詩野, 加藤大樹, 須藤彰三
    • 学会等名
      日本物理学会 2016年秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学 角間キャンパス (石川、金沢)
    • 年月日
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [学会発表] 水素終端Si(110)表面のエッチング過程III:KPZ方程式による考察2016

    • 著者名/発表者名
      川本絵里奈, 松下ステファン悠, 山田太郎, 川勝年洋, 須藤彰三
    • 学会等名
      日本物理学会 2016年秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学 角間キャンパス (石川、金沢)
    • 年月日
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [学会発表] 水素終端Si(111)-(1×1)表面におけるFe原子の初期吸着状態のSTM観察2016

    • 著者名/発表者名
      川口諒, 江口豊明, 永田龍太郎, 芳賀健也, A. Wawro, 須藤彰三
    • 学会等名
      日本物理学会 2016年秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学 角間キャンパス (石川、金沢)
    • 年月日
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [学会発表] 水素終端Si(110)-(1×1) 表面のSTM観察III:電圧依存性2016

    • 著者名/発表者名
      芳賀健也、松下ステファン悠、川本絵里奈、松田卓也、小方亨、吾妻広夫、伊藤隆、須藤彰三
    • 学会等名
      日本物理学会 2016年秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学 角間キャンパス (石川、金沢)
    • 年月日
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [学会発表] Crystal orientation and morphology of Ag nanoclusters grown on the hydrogen-terminated Si(111)-(1×1) surface2016

    • 著者名/発表者名
      Jungmin KANG, Erina KAWAMOTO, Stephane Yu MATSUSHITA,Shino KANAGAWA, Shotaro KOJIMA, Hiroki KATO, Shozo SUTO
    • 学会等名
      20th INTERNATIONAL VACUUM CONGRESS
    • 発表場所
      Busan, Korea
    • 年月日
      2016-08-21 – 2016-08-26
    • 国際学会
  • [学会発表] Nonlinear etching process of hydrogen-terminated Si(110)-(1×1) surfaces2016

    • 著者名/発表者名
      Erina KAWAMOTO, Stephane Yu MATSUSHITA, Taro YAMADA, Toshihiro KAWAKATSU, Shozo SUTO
    • 学会等名
      20th INTERNATIONAL VACUUM CONGRESS
    • 発表場所
      Busan, Korea
    • 年月日
      2016-08-21 – 2016-08-26
    • 国際学会

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公開日: 2018-01-16  

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