| 研究課題/領域番号 |
16K13678
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
山田 洋一 筑波大学, 数理物質系, 講師 (20435598)
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| 研究分担者 |
境 誠司 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 上席研究員(定常) (10354929)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | ナノワイヤー / Ge(110) |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、Ge(110)表面を用いて独自に作製した単一配向ナノワイヤー(NW)の応用を開拓するための研究を行う。H２８年度の目標は、「Ge(110)上のAu及びPt誘起単配向NWの構造及び電子状態解析とその制御」であり、ここでは、様々な表面科学的手法を用いて単一配向Ge-NWの原子構造と電子状態を決定することを目指した。
本年度は、Ge(110)表面にPtやAuを蒸着し、その後のアニール処理により、これらの元素が誘起する単一配向NWを作製した。表面構造は走査トンネル顕微鏡(STM)による直接原子観察と、全反射低速陽電子回折(TRHEPD)を用いることで解析を試みた。電子状態は準安定He原子線脱励起分光（MDS)、と角度分解放射光光電子分光(ARPES)により解析した。この結果、STMで十分構造を制御した試料のMDS計測において、Pt誘起のNWでは、最表面の原子種がGeである可能性が示され、これを原著論文として報告した。
一方、TRHEPDによる構造解析、及びARPESによる電子状態解析は、それぞれ実験を行ったが、解析に十分なデータが得られていない。これは、主に外部機関の試料作製環境が十分でなく、良い試料の作製が困難であったことによる。このため、次年度は今年度における達成目標を達成するため、実験環境の工夫を含めた研究推進策を講じる必要がある。
また、本年度の結果から、単一配向Ge-NWのテンプレート表面としての利用が示唆されているため、次年度では、この方面への応用を開拓するための研究を行う。
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| 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
H28年度においては、Ge(110)上のAu及びPt誘起単配向NWの構造及び電子状態解析と、NWの構造制御が目標であった。この計画のうちの大部分を達成し、論文発表を行った。ただし、一部、達成できていない計画があり、これらは次年度に持ち越すこととなった。これらの概要を以下に示す。
本年度は、Ge(110)表面にPtやAuを蒸着し、その後のアニール処理を施すことで作製される単一配向のNW構造に注目した。ここでは、作製時のアニール処理温度を変化させることで、ある程度の構造制御が可能となった。これらのよく定義されたNW構造を走査トンネル顕微鏡(STM)により決定した。さらに準安定He原子線脱励起分光（MDS)において、最表面原子による準安定He原子の脱励起過程を調べることで、最表面原子種がGeであることが示された。光電子分光の結果からは、表面近傍の状態密度の上昇が見られた。これらの結果から、 この系では、Ge上に蒸着された金属元素が、アニール処理によりサブサーフェス領域に潜り込み、最表面にはGeが析出していることがあきらかになった。したがって、表面のNW構造は、極薄Ge層によるものであることがわかった。これらの結果を原著論文にまとめ、出版した。
一方、今年度の計画に含まれていたが、十分達成できなかった事柄として、全反射低速陽電子回折(TRHEPD)を用いたNW構造解析や角度分解光電子分光による電子状態解析があげられる。これらは、いずれも実験を行ったが、十分なデータが得られていない。これらはいずれも外部の共用実験施設を利用するものであり、そこでの試料作成環境（真空環境、残留不純物など）が必ずしも十分でなく、良質な試料が作成が困難であったためである。このため、良質な試料を真空搬送するなどの工夫が必要となった。
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| 今後の研究の推進方策 |
H２９年度においては、NW構造の巨視的電気伝導やスピン伝導を計測する予定であった。これらは研究協力機関において行う予定としていた。しかし、H.28年度において、他機関で実験する際に、そこでの真空環境が十分良好でない場合、良質な試料が得られないことが問題となることがわかった。これと同様の問題がH２９年度に予定している課題にも当てはまる。このため、次年度の研究推進のためには、筑波大学で作製した良質な試料と同等の試料を外部機関で計測するための工夫が必要となる。このためには、試料搬送機構の工夫もしくは、外部機関においてその場で試料作製作製するための機構の開発が重要となる。これらの研究推進の工夫を早急に確立することが必要である。
一方で、H２８年度において、単一配向Ge-NWをテンプレートとすると有機半導体の配向制御が可能になることが示された。これを利用した有機半導体の構造制御のための研究を展開してゆくことも、本研究推進の方策であると言える。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
研究分担者の組織改変の影響で、次年度に予定していた実験の遂行が不透明となり、この準備が遅れているため、資金計画に変更が生じた。
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| 次年度使用額の使用計画 |
次年度の研究計画を早急に確定し、H28年度に使用予定であった資金を次年度に使用する。
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