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2019 年度 実績報告書

低温走査トンネルポテンショメトリー法による非局所電気伝導の実空間観察

研究課題

研究課題/領域番号 16K04956
研究機関東京大学

研究代表者

浜田 雅之  東京大学, 物性研究所, 技術専門職員 (00396920)

研究分担者 長谷川 幸雄  東京大学, 物性研究所, 教授 (80252493)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
キーワード走査トンネルポテンショメトリ / 表面電気伝導 / 走査プローブ顕微鏡
研究実績の概要

表面の電気伝導は、原子欠陥・表面ステップといった局所構造から影響を受けるが、低温では電子のコヒーレンス長が長くなるために、電子波の局在・閉じ込め効果など、局所構造間の相関が重要となる非局所現象が顕著となることが予想される。我々は、これまで、室温動作型の走査トンネルポテンショメトリー(STP)を開発し、ナノスケールの空間分解能での電位実空間測定を通じて個々の局所構造における電気伝導特性を明らかにしてきたが、同手法により低温下での非局所な電気伝導特性を直接的に測定した例は皆無である。 初年度は低温STMに我々がこれまでに確立したSTP手法を導入し、その低温測定を行う上で必要となる技術・ノウハウの確立・装置の製作を行った。次年度の平成29年度は、その評価として、絶縁体基板(酸化膜被覆シリコン基板)上に金薄膜を作成し、それを10Kで低温STP測定を試みたところ、表面に流した電流方向に対応した電位像を取得することができた【低温STP測定に成功】。これは、我々が立ち上げたSTPのシステムが正しく動作していることを示している。そして、平成30年度~平成31年度は、金属的な電子状態を持つとされるSi(111)7×7に対して低温でのSTP測定を試みたが、低温下ではその伝導特性が室温とは異なるせいか、STP測定を行うことができなかった。しかし、電気伝導現象のメカニズムを特定する情報を得るために、温度可変機能を導入することには成功した。それは、STMユニットに取り付けるヒーターやその位置を試行錯誤することによって、温度を変えても安定して測定できる構成を見出した。その結果、絶縁体基板上(酸化膜被覆Si基板)に作成した金薄膜をテスト試料として、20~80K程度の温度範囲で温度を変えながらSTP測定を行うこと【温度可変型STP測定】に成功した。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Si(111)-7×7 表面上の一次元欠陥における電気伝導評価2020

    • 著者名/発表者名
      浜田雅之、長谷川幸雄
    • 雑誌名

      Vacuum and Surface Science (表面と真空)

      巻: - ページ: -

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Surface state conductivity on the Si(111)-7x7 surface measured by scanning tunneling potentiometry2020

    • 著者名/発表者名
      Masayuki Hamada, Hung-Hsiang Yang, Yukio Hasegawa
    • 学会等名
      The Symposium on Surface and Nano Science 2020 (SSNS'20)(岩手県岩手郡雫石町・雫石プリンスホテル)
    • 国際学会
  • [学会発表] 低温走査トンネルポテンショメトリーの開発2019

    • 著者名/発表者名
      浜田雅之、Hung-Hsiang Yang,長谷川幸雄
    • 学会等名
      応用物理学会(北海道札幌市・北海道大学札幌キャンパス)
  • [学会発表] Si(111)-(7x7)表面上の一次元線欠陥における電気伝導評価2019

    • 著者名/発表者名
      浜田雅之、Hung-Hsiang Yang,長谷川幸雄
    • 学会等名
      日本表面真空学会(茨城県つくば市・つくば国際会議場)
  • [学会発表] Surface state conductivity on the Si(111)-7x7 surface measured by scanning tunneling potentiometry2019

    • 著者名/発表者名
      Masayuki Hamada, Hung-Hsiang Yang, Yukio Hasegawa
    • 学会等名
      27th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM27)(静岡県伊豆市・ホテルラフォーレ修善寺)
    • 国際学会

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公開日: 2021-01-27  

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