複合極限場原子間力顕微鏡を用いた絶縁体表面での力学的な原子分子操作法の開発

2012 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20221004
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 菅原 康弘 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40206404)
• 研究期間 (年度): 2008-05-12 – 2013-03-31
• キーワード: 複合極限場 / 原子間力顕微鏡 / 原子分子操作 / ナノ物質 / 絶縁体表面 / ポテンシャル面 / 周波数シフト

研究概要

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（極低温、強磁場、超高真空）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。本年度は、以下のような成果を得た。
１）原子操作により絶縁体表面にナノ構造体を構築
力学的な原子操作の制御条件と機構解明の成果を生かして、実際に絶縁体表面上の原子を力学的に操作して、ナノ構造体を構築した。
２）磁気交換相互作用を分離測定する方法を考案・実証
ナノ構造体の磁気的性質を理解するために最も重要なものは、原子間の磁気交換相互作用である。申請者は、磁気交換力顕微鏡において、この磁気交換相互作用だけを測定する方法として、強磁性体をコートした探針先端に変調されたマイクロ波を照射し、探針の磁化状態を強磁性共鳴により変調し、探針・試料間相互作用力の変調成分を抽出するという着想に至った。強磁性体(PtFe)コートされた顕微鏡探針に周波数が約2.7GHzのマイクロ波を照射することにより、探針の磁化状態を変調できることを実験的に検証することに成功した。

現在までの達成度 (区分)

理由

24年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

24年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] The stray capacitance effect in Kelvin probe force microscopy using FM, AM and heterodyne AM modes (2013)
  • 著者名/発表者名: Zong Min Ma, Lili Kou, Yoshitaka Naitoh, Yan Jun Li and Yasuhiro Sugawara
  • 雑誌名: Nanotechnology 巻: 24 ページ: .225701 (1-8)
  • DOI: DOI:10.1088/0957-4484/24/22/225701
  • 査読あり
• [雑誌論文] Complex Design of Dissipation Signals in Non-Contact Atomic Force Microscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: J. Bamidele, Y. J. Li, S. Jarvis, Y. Naitoh, Y. Sugawara, and L. Kantorovich
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys. 巻: 14 ページ: 16250-16257
  • DOI: DOI:10.1039/c2cp43121
  • 査読あり
• [雑誌論文] Force Mapping on NaCl(100)/Cu(111) Surface by Atomic Force Microscopy at 78 K (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. J. Li, K. Tenjin, Y. Kinoshita, Z. Ma, L. Kou, Y. Naitoh, M. Kageshima and Y. Sugawara
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 51 ページ: 035201(1-5)
  • DOI: DOI:10.1143/JJAP.51.035201
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantification of atomic-scale elasticity on Ge(001)-c(4×2) surfaces via noncontact atomic force microscopy with a tungsten-coated tip (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Naitoh, T. Kamijo, Y. J. Li and Y. Sugawara
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 109 ページ: 215501(1-5)
  • DOI: DOI: 10.1103/PhysRevLett.109.215501
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chemical tip fingerprinting in scanning probe microscopy of an oxidized Cu(110) surface (2012)
  • 著者名/発表者名: J. Bamidele, Y. Kinoshita, R. Turanský, S. H. Lee, Y. Naitoh, Y. J. Li, Y. Sugawara, I. Štich, and L. Kantorovich
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 86 ページ: 155422(1-8)
  • DOI: DOI: 10.1103/PhysRevB.86.155422
  • 査読あり
• [雑誌論文] High potential sensitivity in heterodyne amplitude modulation Kelvin probe force microscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Sugawara, Lili Kou, Zongmin Ma, Takeshi Kamijo, Yoshitaka Naitoh, and Yan Jun Li
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 100 ページ: 223104(1-4)
  • DOI: DOI: 10.1063/1.4723697
  • 査読あり
• [学会発表] Atom Manipulation and Force Spectroscopy on Cu(110)-O Surface with Low-Temperature AFM (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Sugawara and Y. J. Li
  • 学会等名: Annual Meeting of The Chinese Vacuum Society (CVS-2012)
  • 発表場所: Lanzhou, China
  • 年月日: 20120921-20120924
  • 招待講演
• [学会発表] Atomic Manipulation and Three-dimensional Force Spectroscopy on Cu(110)-O Surface with LT NC-AFM (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Sugawara, Y. Kinoshita, Y. Naitoh, and Y. J. Li
  • 学会等名: International Conference on Nanoscience & Technology (ICN+T 2012)
  • 発表場所: Paris, France
  • 年月日: 20120723-20120727
• [学会発表] Heterodyne Kelvin Probe Force Microscopy with High Potential Sensitivity (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Sugawara, L. Kou, Z. Ma, Y. Naitoh and Y. J. Li
  • 学会等名: 15th International Conference on Noncontact Atomic Force Microscopy (NC-AFM 2012)
  • 発表場所: Cesky Krumlov, Czech Republic
  • 年月日: 20120701-20120705
• [学会発表] Investigation of TiO2 Surface by Using Atomic Force Microscopy/Spectroscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Sugawara
  • 学会等名: The 3rd Annual World Congress of Catalytic Asymmetric Synthesis (WCCAS-2012)
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 20120512-20120514
  • 招待講演
• [備考] 大阪大学大学院工学研究科精密科学・応用物理学専攻ナノ物性工学領域
  • URL: http://nanophysics.ap.eng.osaka-u.ac.jp/