原子操作による多元素ナノ構造体の機能制御

2010 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21246010
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 阿部 真之 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (00362666)
• キーワード: 多元素ナノ構造 / 原子間力顕微鏡 / AFM / STM / AFM/STM同時測定 / フォーススペクトロスコピー

研究概要

1. 多元素ナノ構造の原子レベル物性評価
ナノ構造が発現する機能は構造(原子の種類と配置)と電子状態が密接に絡み合った結果であり、これらの特性を原子レベルで同時に測定することが重要である。昨年度は、原子間力顕微鏡(AFM)と走査型トンネル顕微鏡(STM)を用いて、構造と局所電子状態のマッピングを同時に評価できる手法を確立した。今年度は、それを具体的な実験に実施した。その結果、AFMとSTMでは、画像がもっとも綺麗に測定出来る探針-試料間距離に1から2オングストロームの差があることがわかった。さらに、AFMのノイズは長距離力成分によって増大されることがわかり、AFMの感度向上には探針の先鋭化が必要であることを実験的に示すことができた。
2. 能性表面における高分能画像測定とフォーススペクトロスコピー
光触媒材料のTiO_2表面において、AFM測定とフォーススペクトロスコピーを行った。TiO2(110)表面にKを吸着し、ケルビンプローブカ顕微鏡で電荷移動について調べ、探針先端の状態によって、K上の局所接触電位差の符号が反転しうることを見出した。
3. 原子操作による3次元クラスターの作成
多元素ナノ構造は周辺の原子種や個数によって構造が変化することが予想される。例えば、2次元のナノ構造の場合、格子不整合によって試料表面の周期構造が変化することがこれまでの申請者らの実験によってわかっている。クラスタやワイヤには安定原子数(マジックナンバー)が存在する。そこで、いくつかのモデルとなる材料系において、原子操作によって多元素ナノ構造を組み立てる条件を見いだした。具体的には、室温環境下において、Si(111)-(7×7)表面のハーフユニットせる内に種々の原子(銀や鉛など)を閉じ込めることに成功した。ハールユニットセルはポテンシャル障壁が大きいが、探針でそれを下げることで、隣接するハーフユニットセルから表面に蒸着した金属原子を連続して入れていくことが可能になった。その結果、ハーフユニットセル内では3次元のクラスタができることがわかった。

研究成果

• [雑誌論文] Lateral Manipulation of Single Defect on Insulating Surface Using Noncontact Atomic Force Microscope (2011)
  • 著者名/発表者名: Insook Yi
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: Vol.50 ページ: 015201-1-015201-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of Subsurface Atoms of the Si(111)-(7×7) Surface by Atomic Force Microscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Sawada
  • 雑誌名: Appl.Phys.Express 巻: Vol.3 ページ: 116602-1-116602-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Small-amplitude dynamic force microscopy using a quartz cantilever with an optical interferometer (2010)
  • 著者名/発表者名: Kenichi Morita
  • 雑誌名: Nanotechnology 巻: Vol.21 ページ: 305704-1-305704-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simultaneous force and current mapping of the Si(111)-(7x7) surface by dynamic force microscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: Yoshiaki Sugimoto
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: Vol.96 ページ: 263114-1-263114-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simultaneous AFM and STM measurements on the Si(111)-(7x7)surface (2010)
  • 著者名/発表者名: Yoshiaki Sugimoto
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: Vol.81 ページ: 245322-1-245322-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular resolution investigation of tetragonal lysozyme(110) face in liquid by FM-AFM (2010)
  • 著者名/発表者名: Ken Nagashima
  • 雑誌名: Journal of Vacuum Science & Technology B 巻: Vol.28 ページ: C4C11-C4C14
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simultaneous atomic force and scanning tunneling microscopy study of the Ge(111)-c(2×8) surface (2010)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Sawada
  • 雑誌名: Journal of Vacuum Science & Technology B. 巻: Vol.28 ページ: C4D1-C4D4
  • 査読あり
• [雑誌論文] NC-AFM imaging of the TiO_2(110)-(1×1) surface at low temperature (2010)
  • 著者名/発表者名: Ayhan Yurtsever
  • 雑誌名: Nanotechnology 巻: Vol.21 ページ: 165702-1-165702-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] 単原子ペンによるナノパターンニング (2010)
  • 著者名/発表者名: 森田清三
  • 雑誌名: 顕微鏡 巻: Vol.45 ページ: 51-54
  • 査読あり
• [学会発表] 原子間力顕微鏡による半導体中の不純物の直接観察 (2011)
  • 著者名/発表者名: 阿部真之
  • 学会等名: 第29回(2010年春期)応用物理学会 26p-KL-3
  • 発表場所: 神奈川県(厚木市)(招待講演)
  • 年月日: 2011-03-26
• [学会発表] 原子間力顕微鏡による半導体中の不純物の直接観察 (2011)
  • 著者名/発表者名: 阿部真之
  • 学会等名: 第29回(2010年春期)応用物理学会 26P-KL-3
  • 発表場所: 神奈川県(厚木市)(招待講演)
  • 年月日: 2011-03-26
• [学会発表] Simultaneous AFM and STM measurements at room temperature (2010)
  • 著者名/発表者名: Yoshiaki Sugimoto
  • 学会等名: The 18th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy S5-3, p.11
  • 発表場所: Sizuoka, Japan (AtagawaHaitsu)(Oral)
  • 年月日: 2010-12-10
• [学会発表] Simultaneous force and current mapping of the Si(111)-(7x7)surface by dynamic force microscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: Keiichi Ueda
  • 学会等名: The 18th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy S4-2, P.39
  • 発表場所: Sizuoka, Japan (AtagawaHaitsu)(Poster)
  • 年月日: 2010-12-10
• [学会発表] Force spectroscopy on hydrogen adsorbed Si(111)-(7x7)surface using dynamic force microscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: Masaki Fukuinoto
  • 学会等名: The 18th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy S4-3, p.40
  • 発表場所: Sizuoka, Japan (AtagawaHaitsu)(Poster)
  • 年月日: 2010-12-10
• [学会発表] High spring constant cantilever for small amplitude dynamic force microscopy using an optical interferometer (2010)
  • 著者名/発表者名: Kenichi Morita
  • 学会等名: The 18th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy S5-2, p.10
  • 発表場所: Sizuoka, Japan (AtagawaHaitsu)(Oral)
  • 年月日: 2010-12-10
• [学会発表] 原子間力顕微鏡を用いた水平原子操作に関わる相互作用力測定 (2010)
  • 著者名/発表者名: 杉本宜昭
  • 学会等名: 第30回表面科学学術講演会 6Ap-11, p.366
  • 発表場所: 大阪府(吹田市)(口頭発表)
  • 年月日: 2010-11-06
• [学会発表] AFM/STM同時測定における化学結合とトンネル電流の相関 (2010)
  • 著者名/発表者名: 澤田大輔
  • 学会等名: 真空・表面科学合同講演会(第30回表面科学学術講演会・第51回真空に関する連合講演会) 5 P-064Y, p.303
  • 発表場所: 大阪府(吹田市)(Poster)
  • 年月日: 2010-11-05
• [学会発表] 周波数変調方式AFMによる液中での可溶性結晶の格子像観察 (2010)
  • 著者名/発表者名: 長嶋剣
  • 学会等名: 第30回表面科学学術講演会 4Da-02, p.59
  • 発表場所: 大阪府(吹田市)(口頭発表)
  • 年月日: 2010-11-04
• [学会発表] 水晶カンチレバーと光干渉計を用いた小振幅原子間力顕微鏡測定 (2010)
  • 著者名/発表者名: 森田健一
  • 学会等名: 第30回表面科学学術講演会 4Da-01S, p.58
  • 発表場所: 大阪府(吹田市)(口頭発表)
  • 年月日: 2010-11-04
• [学会発表] 水晶カンチレバーと光干渉計を用いた小振幅原子間力顕微鏡 (2010)
  • 著者名/発表者名: 森田健一
  • 学会等名: 第71回応用物理学会学術講演会 P9-19
  • 発表場所: 長崎県長崎市(長崎大学)(ポスター)
  • 年月日: 2010-09-16
• [学会発表] Atomic resolution observation of soluble crystals in liquid by Frequency-Modulation AFM (2010)
  • 著者名/発表者名: KenNagashima
  • 学会等名: 167 Committee satellite workshop on SPM p.6-7
  • 発表場所: Ishikawa, Japan (Kanazawa)
  • 年月日: 2010-08-04
• [学会発表] AFM/STM Simultaneous Imaging of the Si4 Tetramer (2010)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Sawada
  • 学会等名: 13th International Conference on Non-Contact Atomic Force Microscopy(NC-AFM2010) P2-1-10, p.112
  • 発表場所: Ishikawa, Japan (Kanazawa)(Poster)
  • 年月日: 2010-08-02
• [学会発表] Impact of asymmetry tip structure on NC-AFM force mapping (2010)
  • 著者名/発表者名: Hong Jing Chung
  • 学会等名: 13th International Conference on Non-Contact Atomic Force Microscopy (NC-AFM2010) P2-2-16, p.136
  • 発表場所: Ishikawa, Japan (Kanazawa)(Poster)
  • 年月日: 2010-08-02
• [学会発表] Atom manipulation and force measurement by atomic force microscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: Hideki Tanaka
  • 学会等名: 13th International Conference on Non-Contact Atomic Force Microscopy (NC-AFM2010) P2-1-14, P.116
  • 発表場所: Ishikawa, Japan (Kanazawa)(Poster)
  • 年月日: 2010-08-02
• [学会発表] Measurement of atom hopping probability and interaction force during atom manipulation on the Si(111)-(7x7)surface (2010)
  • 著者名/発表者名: Yoshiaki Sugimoto
  • 学会等名: 13th International Conference on Non-Contact Atomic Force Microscopy (NC-AFM2010) Su-1440, p.9
  • 発表場所: Ishikawa, Japan (Kanazawa)(Oral)
  • 年月日: 2010-08-01
• [学会発表] Small-amplitude dynamic force microscopy using a quartz cantilever combined with an optical interferometer (2010)
  • 著者名/発表者名: Kenichi Morita
  • 学会等名: 13th International Conference on Non-Contact Atomic Force Microscopy(NC-AFM2010) Su-1200, p.7
  • 発表場所: Ishikawa, Japan (Kanazawa)(Oral)
  • 年月日: 2010-08-01
• [学会発表] Small-amplitude dynamic force microscopy using a quartz cantilever and an optical interferometer (2010)
  • 著者名/発表者名: Kenichi Morita
  • 学会等名: 2nd Global COE Student Conference on Innovative Electronic Topics SCIENT2010 Po-01, p.50
  • 発表場所: Osaka, Japan (Suita)(Poster)
  • 年月日: 2010-07-28
• [学会発表] 原子間力顕微鏡を用いた原子レベルでの物性計測と原子操作 (2010)
  • 著者名/発表者名: 阿部真之
  • 学会等名: 計測自動制御学会関西支部平成22年度講習会
  • 発表場所: 学校法人常翔学園大阪センター(招待講演)
  • 年月日: 2010-07-13
• [学会発表] NC-AFM/STM Measurements on the Semiconductor Surface (2010)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Sawada
  • 学会等名: 13th International Conference on Intergranular and Interphase Boundaries in Materials P-C37, p.205
  • 発表場所: Mie, Japan (Shima)(Poster)
  • 年月日: 2010-07-01
• [学会発表] Toward Atom-by-Atom Nanostructuring of Composite Nanomaterials Based on Atomic Force Microscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: Seizo Morita
  • 学会等名: 6th Nanoscienceand Nanotechnology Conference (Nano-TRVI) p.145
  • 発表場所: Cesme, Turkey (Izmir)(Plenary Talk)
  • 年月日: 2010-06-17
• [学会発表] Room-temperature AFM experience with large amplitude (2010)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Abe
  • 学会等名: 12th International Ceramics Congress
  • 発表場所: Montecatini Terme, Italy(Invited)
  • 年月日: 2010-06-08
• [学会発表] High spring constant cantilever with metal tip for small amplitude NC-AFM operation (2010)
  • 著者名/発表者名: Kenichi Morita
  • 学会等名: International Conference on Core Research and Engineering Science of Advanced Materials PSI-45
  • 発表場所: Osaka, Japan (Suita)(Poster)
  • 年月日: 2010-06-01
• [学会発表] 半導体表面におけるAFM/STM同時測定 (2010)
  • 著者名/発表者名: 杉本宜昭
  • 学会等名: 社団法人日本顕微鏡学会第66回学術講演会 26aC04-S
  • 発表場所: 愛知県名古屋市(名古屋国際会議場)(招待講演)
  • 年月日: 2010-05-26
• [学会発表] 周波数変調方式AFMによる液中での無機・有機結晶の格子像観察 (2010)
  • 著者名/発表者名: 長嶋剣
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2010年大会 MIS012-09
  • 発表場所: 千葉県千葉市(幕張メッセ国際会議場)(口頭発表)
  • 年月日: 2010-05-23
• [備考]
  • URL: http://www.afm.eei.eng.osaka-u.ac.jp/