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原子や分子をナノスケールの精度で操作し、新ナノ物質を思い通りに作り上げるためには、ナノスケールでの物質の自然法則を解明し、これを未来の実用技術に発展させる基礎研究が不可欠である。しかし、これまで、絶縁体表面での原子スケールの安定かつ再現性のある原子分子操作は実現されていない。そこで、本研究は、「複合極限場環境で動作する現有の非接触原子間力顕微鏡を駆使して、絶縁体表面上で原子や分子を力学的に操作する未踏の技術を確立すると共に、ナノ構造体の新規な物性を探索する」ことを目的とする。
具体的には以下の研究課題について検討した。
1.現有の複合極限場環境で動作する原子間力顕微鏡に先鋭化探針作製装置を付加し、結合力の極めて強いタングステン(W)でSi探針の先端を先鋭にコートできるようにした。
2.Cu(110)表面を熱酸化させた酸化銅CuO薄膜表面を取り上げ、この表面上でCu原子を水平移動させる原子操作について、顕微鏡探針の振動振幅や探針・試料間距離などを変化させて系統的に調べ、その制御条件を検討した。また、Cu原子を探針先端に吸着させ、再び表面に戻す垂直原子操作についても検討した。
3.探針・試料間距離を変えながら、探針・試料聞の相互作用力によるカンチレバーの共振周波数の変化(周波数シフト)を3次元的に測定し、数値計算により、力の3次元分布、さらにはポテンシャルエネルギーの3次元分布を導出する制御プログラムを開発した。
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