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本研究課題では、磁性金属原子やそれら原子を骨格内に含む有機分子を固体表面に吸着させることでハイブリッド2次元ネットワークを構築し、その構造を走査型トンネル顕微鏡(STM)を主に用いることで明らかにするとともに、基板電子系と局在スピン及び基板電子系を介したスピン間の多体相互作用によって発現する量子物性を探索することを目的としている。スピン分子として鉄フタロシアニンやマンガンフタロシアニンに注目し、AuやAgなどの金属単結晶表面やSi表面上の超伝導In単原子層を基板とし、研究を行なった。
鉄フタロシアニン分子の吸着系では、分子が本来持つ磁気異方性とゼロ磁場分裂を量子物性のある種の指紋として着目した。Ag表面における分子バイレイヤーにおいて、面方位に依存した超構造を作ることが明らかとなった。等方的な(111)では、1層目と同じようにスタックするのに対して、(110)では、基板の異方的な構造を反映するような1次元クラスタが成長し、周期的に配列する。また、(100)では、正方形や直方形のナノクラスターが生じる。温度の条件や蒸着速度の条件が未定ではあるものの、正方形クラスターがチェッカーボードのように配列したネットワーク構造も観察された。一つ一つの分子のトンネルスペクトルを測定すると、クラスター内の場所に応じてスペクトルが変化する興味深い結果を得た。
マンガンフタロシアニンの吸着系では、孤立単分子ではIn超伝導体との結合でYSR状態を形成する。分子が2次元超構造を作ると、YSR状態は消滅し、近藤共鳴状態が現れる。また、近藤共鳴ピークの分裂も観測され、反強磁性近藤格子が実現していることがわかった。
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