| 研究課題/領域番号 |
18560707
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| 研究機関 | 独立行政法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
藤田 大介 独立行政法人物質・材料研究機構, ナノ計測センター, センター長 (10354367)
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| 研究分担者 |
大西 桂子 独立行政法人物質・材料研究機構, ナノ計測センター, 研究員 (70354363)
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| キーワード | 固溶 / ナノワイヤ / ナノドット / ナノベルト / 表面析出 / 走査型プローブ顕微鏡 / 走査型トンネル顕微鏡 / 原子間力顕微鏡 |
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| 研究概要 |
【背景・目的】2003年にFujitaらが発見した"固溶炭素表面析出法"による低次元ナノカーボン創製法は、外部炭素源を必要としない日本発のナノカーボン創製法である。メカニズムの解明に基づく生成制御技術の確立が課題とされている。本研究では超高真空(UHV)環境における表面ナノ計測技術を開発することにより、炭素固溶金属基板表面におけるナノカーボン生成機構を明らかにするとともに表面析出ナノカーボンの成長制御技術の確立ならびに新規機能探索と応用展開を図る。
【研究成果】真空固相拡散法により炭素を所定濃度(0.1〜0.3原子%)まで固溶させた各種の金属試料(厚さ100ミクロン以下)を作成し、鏡面研磨十清浄化処理後、UHV(〜10E-8Pa)環境での熱処理により基板表面に成長させたナノカーボンを走査型プローブ顕微鏡(SPM)や走査型オージェ顕微鏡(S烈)により観測した。SPMとしては、走査型トンネル顕微鏡/分光(STM/STS)ならびに非接触原子間力顕微鏡(NCAFM)計測を行った。Ni-C合金の場合、2種類の異なる熱処理方法(徐冷.急冷)により、異なるナノ構造が表面に出現することが判明した。徐冷型(1350〜850Kまで4.5K/min降温)の場合、多層グラファイト層の上に成長したナノワイヤ、ナノドット、ナノベルトならびに多様なモアレ表面超構造が観測された。STM原子分解能計測によりナノベルト構造などの創成メカニズムに関する知見が得られた。また、徐冷された表面ではナノカーボンは多層析出するため、歪み場が表面層に誘起する。その結果として多様なナノカーボン層が出現することが判った。一方、1350Kから急冷する熱処理を試みた結果、多様なナノカーボンの初期発芽過程に相当する微細構造が表面に形成されるとともに、単原子層グラファイトが出現することが判明した。徐冷型のナノカーボン(ワイヤ構造体)については、応用展開として、再生可能な高分解能STM探針としての有効性を実証した。また、Co-C系についてもNi-C系と同様の結果を得た。さらに、Pt-C系の場合、急冷によらず、熱平衡的処理によって単層もしくは2層グラファイト被膜の生成に成功した。最近、単原子層グラファイト(グラフェン)はその特異な機能や物性に大きな関心が集まっている。我々の開発する表面析出法による単層グラファイト創成技術は重要である。今後、より詳しく創製法の最適化を図るとともに機能の探索を行いたい。
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