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2020 年度 実績報告書

高速分光イメージングに向けたノイズキャンセリングSTMの開発

研究課題

研究課題/領域番号 18K19027
研究機関国立研究開発法人物質・材料研究機構

研究代表者

吉澤 俊介  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 先端材料解析研究拠点, 主任研究員 (60583276)

研究期間 (年度) 2018-06-29 – 2021-03-31
キーワード走査トンネル顕微鏡 / 分光イメージング / 多変量解析
研究実績の概要

走査トンネル顕微鏡(STM)の強みは、試料表面の原子配列を可視化できるとともに、視野の各点でトンネル分光測定を行い電子状態密度の空間変化を取得する「分光イメージング」が可能なことである。しかし、測定に非常に時間がかかるという弱点があり、非平衡状態をふくむダイナミクス研究は得意でない。表面構造と電子状態の同時測定ができるという強みをダイナミクス研究に展開するためには、測定にかかる時間を格段に短縮する必要がある。そのためには信号に含まれるノイズを格段に低減する新しい方策が望まれる。
その手段として、外部から侵入する振動をある方法で計測し、それをフィードバックの補助として用いることを目論んでいた。振動センサの信号を解析するため、多変量解析手法のひとつである独立成分分析の適用を進めていたが、これが分光イメージングで取得したデータの特徴量抽出およびノイズ低減にも有用であることが分かった。この知見を発展させ、計測される信号のノイズを減らすかわりに計測された信号からノイズを除去する可能性を検討している。
また、分光イメージングを高速化するにあたって、各点でスペクトル測定するかわりに、探針を各走査線で条件を変えながら複数回往復するマルチパスモードがきわめて有用であることがわかった。従来64×64ピクセルの分光イメージを1時間かけて取得していたところを、この方法で256×256ピクセルのイメージを同じ時間で取得できるようになった。実際に原子層超伝導体および鉄系超伝導体のボルテックスを高解像度で可視化することに成功している。
当初目指していた STM の開発は部品の製作が完了し、研究期間終了後も完成および運転まで進める予定である。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件) (うち招待講演 3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Atomic-layer Rashba-type superconductor protected by dynamic spin-momentum locking2021

    • 著者名/発表者名
      Yoshizawa Shunsuke、Kobayashi Takahiro、Nakata Yoshitaka、Yaji Koichiro、Yokota Kenta、Komori Fumio、Shin Shik、Sakamoto Kazuyuki、Uchihashi Takashi
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 12 ページ: 1462

    • DOI

      10.1038/s41467-021-21642-1

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] インジウム原子層における電子定在波の極低温走査トンネル顕微鏡観測2021

    • 著者名/発表者名
      吉澤俊介、鷺坂恵介
    • 学会等名
      NIMS先端計測シンポジウム2021
  • [学会発表] 半導体表面原子層の結晶構造・電子構造・超伝導: 走査トンネル顕微鏡から見えるもの2021

    • 著者名/発表者名
      吉澤俊介
    • 学会等名
      SPring-8ユーザー協同体顕微ナノ材料科学研究会 日本表面真空学会放射光表面科学研究部会 日本表面真空学会プローブ顕微鏡研究部会 合同シンポジウム(NANOSPEC 2021)
    • 招待講演
  • [学会発表] In/Si(111) におけるブロッホ波干渉の STM 観測2021

    • 著者名/発表者名
      吉澤俊介、鷺坂恵介
    • 学会等名
      日本物理学会 第76回年次大会
  • [学会発表] 走査トンネル顕微鏡による原子層超伝導体の電子状態計測2021

    • 著者名/発表者名
      吉澤俊介
    • 学会等名
      SCTM2020 ワークショップ「超伝導物質、トポロジカル物質」
    • 招待講演
  • [学会発表] シリコン表面インジウム原子層の結晶構造と超伝導状態2020

    • 著者名/発表者名
      吉澤俊介
    • 学会等名
      物性研究所ワークショップ「ナノスケール物性科学の最先端と新展開」
    • 招待講演
  • [備考] 磁場に強い超伝導を実現する新たなメカニズムを発見

    • URL

      https://www.nims.go.jp/news/press/2021/03/202103050.html

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公開日: 2021-12-27  

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