| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、原子間力顕微鏡法(AFM)を応用して新たに表面原子の振動状態や電荷分布を高感度に測定する技術を開発し、表面欠陥や不純物周りの局所的な表面物性状態（結合弾性状態、電荷秩序分布）を明らかにすることである。
先ず、原子の振動状態を高感度にサブ原子スケールで捉えるために、既存のAFM装置の高感度化を図った。具体的には、光干渉法を用いたAFM力センサー（カンチレバー）の変位検出方式から光てこ法を用いた検出方式に変更した。この改良によって、検出される力のノイズ密度を30-40fm/√Hzから15-25fm/√Hzに向上させることに成功した。
さらに表面原子変位を精密に捉えるために探針－試料表面間に働く相互作用力の3方向(X,Y,Z)成分を全て取得する手法を考案した。表面原子が感じる力を得られた3方向力成分から3次元ベクトルで表し、その空間分布を取得できる技術を確立した。こ技術はこれまでの顕微鏡法では達成できなかったものであり、今後のナノスケール物性計測に新たな展開が期待できる。この研究成果は論文にまとめて国際的に著名な学術誌(Nature Physics)に掲載された。
また、固体表面の電荷分布やその変化（電荷移動）を捉えるために３倍振動を用いた静電気力分光法を新たに開発した。この手法と多周波数モード計測を利用して探針-試料間の静電気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）を三次元的に測定し、数値計算（アルゴリズムは開発済み）により、静電気力の空間分布、さらにはクーロンポテンシャルの空間分布を原子スケールで導出できる技術を開発した。
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