| 研究課題/領域番号 |
18H01933
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| 研究機関 | 群馬工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
塚原 規志 群馬工業高等専門学校, 電子メディア工学科, 助教 (80535378)
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| 研究分担者 |
米田 忠弘 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (30312234)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 走査トンネル顕微鏡 / ランタノイド分子 / 超伝導 / 磁性 |
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| 研究実績の概要 |
初年度までに、NbSe2表面にTbフタロシアニン（TbPc2）分子を吸着、分子磁性によって生じるYSR状態をSTMによって観測することに成功した。その際、TbPc2分子はNbSe2表面に孤立した状態で吸着することから、当初の予測より大きい吸着エネルギーであると想定された。また、NbSe2表面上で解離した分子も観測された。
2年目では, 孤立ランタノイド原子が基板に与える影響をYSR状態から検証する計画であったが、TbPc2分子がNbSe2表面上で解離すると分かったため、解離した状態で分子に含まれるTb原子がNbSe2の超伝導にどのような影響を与えるかを明らかにすることを目的として実験を進めた。
再現性を確認しつつ慎重にSTM測定を行った結果、計4つの吸着状態を見出すことに成功した。一つは初年度に計測対象にしていたTbPc2分子、もう3つは高さがTbPc2分子の約半分の吸着種で, TbPc2分子が持つ2つのフタロシアニンが解離し、TbPc分子, あるいはメタルフリーフタロシアニン分子として吸着していると考えられる。解離吸着種に対してスペクトル計測を行ったところ, 3種のうち1種のみ極めて幅の小さいYSR状態を観測することに成功した。スペクトル形状はTbPc2分子のそれとは大きく異なっており、おそらく分子中のTb原子が直接基板と結合していると考えられる。
またこれらの実験から、TbPc2分子、そして解離吸着種の吸着構造とスピン状態を明らかにする必要があると判断し、密度汎関数理論(DFT)計算を行うため、VASPパッケージとその計算環境を導入した。DFT計算でのランタノイド原子の扱いは容易ではないため、計算環境のテスト、および初年度にTbPc2分子と比較することを目的として実験で扱った鉄フタロシアニン分子に関して数値計算にて正常に計算ができることを確認した。
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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
２年目では, 想定外であったがTbPc2分子がNbSe2表面上で解離することが確認されたため、分子が持つTb原子が直接吸着していると考えられる状態でのYSR状態の観測に成功した。ただし詳細な吸着状態はこれからDFT計算によって明らかにすべき点であり、これに関してはVASPパッケージの導入が遅れたことが原因で計算を開始する時期が遅れてしまった。
DFT計算に関してであるが、申請者がこれまで抱えていた鉄フタロシアニン分子に関する実験において、DFT計算を行うことで形になったため、これに関して論文の準備を進めている。これは当初の計画には含まれていないが、ランタノイド系の計算を行う上でのVASPパッケージを使いこなすためのテーマとして本課題の成果として考慮すべきものであり、副産物と言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
2年目までに、TbPc2分子を使った研究は概ね完了できた。最終年度では, ランタノイド原子を孤立した状態で基板に吸着させるアイデアとして、ランタノイド原子を含む有機金属構造体薄膜を基板に展開する計画をしており、そちらの実験に移る。
またその際、米田研にて運用している低温強磁場STMよりも, より汎用的なSTMを使う方が有機金属構造体薄膜の評価としては適しているため、東大物性研の共同利用の制度を利用、STMと低速電子線回折（LEED）を組み合わせた装置を利用して実験を進める。
また並行して、FePc分子に関して基板に吸着した状態での数値計算を行い、私が抱えている実験データを論文化できるところまで進める。さらに、TbPc2分子の吸着系、およびそれと対比させる観点からMnPc分子を超伝導In薄膜に吸着させた実験を以前行っており、実験でうまく説明できなかった部分を計算でフォローできるよう計算を進めていく。
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