放射光光電子顕微鏡によるナノ分光法の開発

2009 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 17101004
• 研究種目: 基盤研究(S)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: ナノ材料・ナノバイオサイエンス
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 尾嶋 正治 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (30280928)
• 研究分担者: 組頭 広志 東京大学, 大学院・工学系研究科, 准教授 (00345092) ; 大久保 勇男 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教 (20376487) ; 堀場 弘司 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教 (10415292) ; 小野 寛太 高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 准教授 (70282572) ; 岡林 潤 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (70361508)
• 研究期間 (年度): 2005 – 2009
• キーワード: 放射光X線粒子線 / 電子顕微鏡 / 強相関電子系 / ナノ材料 / 環境材料

研究概要

ナノデバイス、環境触媒などナノサイズ構造における電子状態を解明するため、2種類の放射光光電子顕微鏡を用いたナノ分光法の開発を行い、これをLSIナノ構造、磁性ナノ構造、抵抗変化素子、非白金系触媒に適用してその有効性を実証した。主な成果は以下の通りである。
1)投影型放射光光電子顕微鏡(PEEM):分光型PEEMの空間分解能を向上させるため、床面振動防止対策を行うとともに試料ドリフト補正を行うための画像処理法を新しく開発した。これにより空間分解能22nmを達成した。
2)走査型光電子顕微鏡(3次元ナノESCA):新しく開発したピンポイント角度分解光電子分光装置の性能評価(空間分解能92nm達成)
3)PEEMによる磁気イメージング:パーマロイナノパターン、LSMO薄膜ナノパターンの磁区構造解析実現
4)PEEMによるLSIナノ材料解析:high-k絶縁膜の真空加熱中化学状態変化のイメージング実現
5)3次元ナノESCAによるLSIナノ材料中ピンポイント深さ分布解析:
6)PEEMによる抵抗変化型不揮発メモリー(ReRAM)の界面電子状態解析と抵抗変化メカニズムの解明:Pt/CuO/Pt構造におけるCu酸化・還元減少の可視化実現
7)マイクロX線吸収分光による燃料電池断面構造観察:斜めカット正極/電解質膜/負極構造の元素マッピング取得と発電劣化メカニズムの解明
8)硬X線PEEMによる深く埋もれた界面のイメージング:200nm埋もれたAuナノ構造の光電子イメージングを実現。

研究成果

• [雑誌論文] Novel magnetic domain structure in iron meteorite induced by the presence of L1_0-FeNi (2010)
  • 著者名/発表者名: M. Kotsugi, T. Wakita, T. Taniuchi, K. Ono, M. Suzuki, N. Kawamura, M. Takagaki, T. Nakamura, M. Taniguchi, K. Kobayashi, M. Oshima, N. Ishimatsu, H. Maruyama
  • 雑誌名: Appl.Phys.Express 3 ページ: 013001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoinduced charge-trapping phenomena in metal/high-k gate stack structures studied by synchrotron radiation photoemission spectroscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Tanimura, S. Toyoda, H. Kamada, H. Kumigashira, M. Oshima, T. Sukegawa, G. L. Liu, Z. Liu
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 96 ページ: 162902
  • 査読あり
• [雑誌論文] X-ray absorption studies of electronic structures in carbon alloy cathode catalysts for PEFC (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Niwa, K. Horiba, Y. Harada, M. Oshima, T. Ikeda, K. Terakura, J. Ozaki, S. Miyata
  • 雑誌名: J.Power Sources 187 ページ: 93
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electronic structure characterization of La_2NiMnO_6 epitaxial thin films using synchrotron-radiation photoelectron spectroscopy (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Kitamura, I. Ohkubo, M. Matsunami, H. Kumigashira, K. Horiba, Y. Matsumoto, H. Koinuma, M. Oshima
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 94 ページ: 262503
  • 査読あり
• [雑誌論文] Co oxidation accompanied with degradation of Pt-Co alloy cathode catalyst in polymer electrolyte fuel cell (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Kobayashi, S. Hidai, H. Niwa, Y. Harada, M. Oshima, Y. Horikawa, T. Tokushima, S, Shin, Y. Nakamori, T. Aoki
  • 雑誌名: Phys.Chem.and Chem.Phys. 11 ページ: 8226-8230
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inhomogeneous chemical states in restance-switching devices with a planar-type Pt/CuO/Pt structure (2009)
  • 著者名/発表者名: R. Yasuhara, K. Fujiwara, K. Horiba, H. Kumigashira, M. Oshima, H. Takagi
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 95 ページ: 012110
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of Mn-substituted titania nanosheets and ferromagnetic thin films with controlled doping (2009)
  • 著者名/発表者名: X. P. Dong, K. Ono
  • 雑誌名: Chem.Mater. 21 ページ: 4366-4373
  • 査読あり
• [雑誌論文] Orientation dependence of the Schottky barrier height for La_<0.6>Sr_<0.4>MnO_3/SrTiO_3 heterojuctions (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Minohara, Y. Furukawa, R. Yasuhara, H. Kumigashira, M. Oshima
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 94 ページ: 242106
  • 査読あり
• [雑誌論文] Epitaxial growth and surface metallic nature of LaNiO3 thin films (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Tsubouchi, I. Ohkubo, H. Kumigashira, Y. Matsumoto, T. Ohnishi, M. Lippmaa, H. Koinuma, M. Oshima
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 92 ページ: 262109
  • 査読あり
• [雑誌論文] Application of SPELEEM to high-k gate dielectrics : relationship between surface morphology and photoelectron spectra during Hf-silicide formation (2008)
  • 著者名/発表者名: R. Yasuhara, T. Taniuchi, H. Kumieashira, M. Oshima, F. Z. Guo, K. Ono, T. Kinoshita, K. Ikeda, G-L Liu, Z. Liu, K. Usuda
  • 雑誌名: Appl.Surf.Sci. 254 ページ: 4757-4761
  • 査読あり
• [雑誌論文] Origin of metallic states at the heterointerface between the band insulators LaAlO_3 and SrTiO_3 (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Yoshimatsu, R. Yasuhara, H. Kumigashira, M. Oshima
  • 雑誌名: Phys.Rev.Lett. 101 ページ: 026802
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development and Trial Measurements of Hard X-ray Photoelectron Emission Microscope (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Taniuchi, T. Wakita, M. Takagaki, N. Kawamura, M. Suzuki, T. Nakamura, K. Kobayashi, M. Kotsugi, M. Oshima, H. Akinaga, H. Muraoka, K. Ono
  • 雑誌名: AIP Conf.Proc. 879 ページ: 1353-1356
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development and Trial Measurements of Hard X-ray Photoelectron Emission Microscope (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Taniuchi, T. Wakita, M. Takagaki, N. Kawamura, M. Suzuki, T. Nakamura, K. Kobayashi, M. Kotsugi, M. Oshima, H. Akinaga, H. Muraoka, K. Ono
  • 雑誌名: American Institute of Physics Conf.Proc. 879 ページ: 1353
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic domain structure of a technologically patterned La_<0.6>Sr_<0.4>MnO_3 thin film (2007)
  • 著者名/発表者名: Kubota, T. Taniuchi, R. Yasuhara, H. Kumigashira, M. Oshima, K. Ono, H. Okazaki, T. Wakita, T. Yokoya, H. Akinaga, M. Lippmaa, M. Kawasaki, H. Koinuma
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 91 ページ: 182503
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-throughput characterization of metal electrode performance for electric-field-induced resistance switching in metal-Pr_<0.7>Ca_<0.3>MnO_3-metal structures (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Tsubouchi, I. Ohkubo, H. Kumigashira, M. Oshima, M. Lippmaa, T. Ohnishi, Y. Matsumoto, K. Itaka, H. Koinuma
  • 雑誌名: Adv.Materials 19 ページ: 1711
  • 査読あり
• [雑誌論文] Application of photoelectron emission microscopy (PEEM) to extraterrestial materials (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Kotsugi, T. Wakita, N. Kawamura, T. Taniuchi, K. Ono, M. Suzuki, M. Oshima, N. Ishimatsu, M. Taniguchi, H. Maruyama
  • 雑誌名: Surf.Sci. 601 ページ: 4764
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hard X-ray photoelectron microscopy as a tool to study buried interfhces (2006)
  • 著者名/発表者名: T. Wakita, T. Taniuchi, K. Ono, M. Suzuki, N. Kawamura, M. Takagaki, H. Miyagawa, F. Z. Guo, T. Nakamura, T. Muro, H. Akinaga, T. Yokoya, M. Oshima, K. Kobayashi
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. Part 1, 45 ページ: 1886-1888
  • 査読あり
• [雑誌論文] Band offsets and chemical bonding states in N-plasma-treated HfSiON gate stacks studied by photoelectron spectroscopy and x-ray absorption spectroscopy (2006)
  • 著者名/発表者名: M. Oshima, H. Takahashi, J. Okabayashi, S. Toyoda, H. Kumigashira, M. Inoue, M. Mizutani, J. Yugami
  • 雑誌名: J.Appl.Phys. 100 ページ: 033709-33713
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of in-plane magnetic domain formation in Lal-xSrxMnO3 thin films by photoelectron emission microscopy ; the competition between the step-induced magnetic anisotropy and the magnetocrystalline anisotropy (2006)
  • 著者名/発表者名: T. Taniuchi, H. Kumigashira, M. Oshima, T. Wakita, T. Yokoya, M. Kubota, K. Ono, H. Akinaga, M. Lippmaa, M. Kawasaki, H. Koinuma
  • 雑誌名: Appl.Phys. Lett. 89 ページ: 112505-112508
  • 査読あり
• [雑誌論文] Local electronic structure analysis using a photoelectron emission microscope (PEEM) with hard X-ray (2006)
  • 著者名/発表者名: M. Kotsugi, T. Wakita, T. Taniuchi, K. Ono, M. Suzuki, N. Kawamura, M. Takagaki, M. Taniguchi, K. Kobayashi, M. Oshima, N. Ishimatsu, H. Maruyama
  • 雑誌名: e-joumal of surface science and nanotechnology 4 ページ: 490-493
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vortex chirality control in mesoscopic disk magnets observed by PEEM (2005)
  • 著者名/発表者名: T. Taniuchi, M. Oshima, H. Akinaga, K. Ono
  • 雑誌名: J.Electron Spec.Rel.Phenom. 144-147 ページ: 741-744
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vortex chirality control in mesoscopic disk magnets observed by photoelectron emission microscopy (2005)
  • 著者名/発表者名: T. Taniuchi, M. Oshima, H. Akinaga, K. Ono
  • 雑誌名: J.Appl.Phys. 97 ページ: 10J904-10J905
  • 査読あり
• [学会発表] In-situ photoelectron spectroscopy and photoemission electron microscopy for local electronic and magnetic structures of transition metal oxide thin films (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Oshima
  • 学会等名: Int'l Symposium on Surface Science and Nanotechnology
  • 発表場所: Int'l Conference Center Waseda University, Tokyo Japan
  • 年月日: 20081109-20081113
• [図書] 第2章グリーンナノテクを支える放射光(分担執筆 : 高橋加藤編「シンクロトロン放射光物質科学最前線」) (2010)
  • 著者名/発表者名: 尾嶋
  • 出版者: アドスリー出版
• [図書] 第6章カーボンアロイ触媒のキャラクタリゼーション(分担執筆 : 宮田監修「カーボンアロイ触媒」) (2010)
  • 著者名/発表者名: 尾嶋
  • 出版者: シーアイエス出版
• [備考]
  • URL: http://www.oshimalab.t.u-tokyo.ac.jp/