| 研究課題/領域番号 |
18H03859
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
杉本 宜昭 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (00432518)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 走査プローブ顕微鏡 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、2つの原子の間に生じる化学結合エネルギーを計測することができる原子間力顕微鏡（AFM）を用いて、化学結合論を検証することを目的とする。そのために、AFMの探針先端の原子と表面の原子との間の距離を変えながら、2原子間に生じる化学結合エネルギーを精密に計測する。様々な元素の原子対を用いることによって、化学結合に含まれるイオン性・金属性、また結合の方向性など、化学結合論の根幹をなす概念を検証し、それらの適用範囲を調べる。
これまで、試料表面の原子種を変えて、探針との相互作用を調べていたが、今回探針先端の原子種を変えて相互作用を調べた。具体的にはシリコンの探針先端にアルミニウムを蒸着して実験した。これにより探針先端の原子がシリコンもしくはアルミニウムとなる状況を作った。そして、様々な探針の状態で、表面の原子の上で化学結合力の計測を行った。化学結合エネルギーの最大値の散布図を作成したところ、これまでシリコン探針で得られていた直線上に分布するデータ群に加えて、新たに別の直線上に分布するデータ群を得た。新たに得られた直線は、アルミニウム原子を先端に持つ探針を想定すると化学結合論によって説明できるものであった。これは共有結合の幾何平均則を元にしたポーリングの化学結合論の妥当性を強く支持する結果である。
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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
表面に様々な元素を混在させて、探針との化学結合を計測することによって、化学結合論の検証を進めてきた。特に、今回探針先端の元素が変化したときに、化学結合論で予想されるデータが実験的に得られたことで、これまでの解析の手法の妥当性が確かめられた。この成果は、AFMによる探針先端原子の元素識別法を実現したともいえる。走査プローブ顕微鏡では探針先端の元素がイメージングやトンネル分光に強い影響を与えることが知られている。したがって、探針先端の元素を知ることが重要である。さらに、元素が同定された探針を用いると、表面原子の単一原子の電気陰性度測定において、理論計算に頼らずに電気陰性度を決定できることも実証することができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
AFMによる化学結合力の精密データをさらに取得するためには、探針先端の原子種の制御も重要である。低温環境では、原子分子操作によって探針先端に既知の原子分子を付着させて実験を行うことができる。また、力の空間分布のデータも取得することによって、化学結合の方向性も含めた検証を行う。また、表面の下地の原子との結合角によって、測定される原子の軌道の状態が変化するので、結合角が変化する表面を準備して、軌道混成と化学結合の関係を調べていく。
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