ナノ構造・超高速現象の解析・制御と次世代新機能素子開発への展開

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14102011
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 重川 秀実 筑波大学, 物理工学系, 教授 (20134489)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 保田 諭 筑波大学, 物理工学系, 学振特別研究員(PD) ; 大井川 治宏 筑波大学, 物理工学系, 講師 (60223715)
• Keywords: ナノサイエンス / ナノテクノロジー / 走査プローブ顕微鏡 / 超高速現象 / 新機能素子 / 超短パルス光 / 分子エレクトロニクス / ナノ構造

Research Abstract

本研究では、走査トンネル顕微鏡(STM)と超短パルスレーザーを組み合わせて、時空両領域で極限的な分解能を持つ装置の開発を進めている。この装置では、STMのトンネルギャップに超短パルス光パルスを二つずつ繰り返し入射し、二つのパルスの間の遅延時間の関数としてトンネル電流を測定する。実際には、良く行われる光強度の変調ではなく、遅延時間に周期的変調をかけ、トンネル電流をロックイン検波することで微細な信号を高精度で測定する。得られる信号は微分トンネル電流であり、これを数値的に積分することで、一つ目のパルスにより励起(ポンプ)された試料の緩和過程を、二つ目のパルスによる光誘起トンネル電流(プローブ)の値として観察することが可能になる。この手法により、長い間解決することが出来なかった探針や試料の熱膨張によるトンネル電流への影響の問題が取り除かれ、非常に高感度で微小な信号を検出することが達成された。これまでに、先のGaAsに続き、グラファイトを試料としても、数ピコ及び数十ピコ領域の緩和過程を観察することに成功している。前者は、光誘起によるバンド構造の変調がトンネル電流に信号として現れることが考えられるが、後者では、こうした変化はなく、今後、より幅広い適用の可能性を示すものと言える。また、得られた信号が光電子や変位電流ではなくトンネル電流であることも確認しており、期待通り、STMと同様の高い空間分解能が得られている。

Research Products

• [Publications] O.Takeuchi: "Analysis of Single Molecular Interaction by Using Scanning Probe Microscope"J.Jap.Soc.of Tribologists. 49,1. 42-48 (2004)
• [Publications] S.Yasuda: "Phase switching of a single isomeric molecule and associated characteristic rectification"J.Am.Chem.Soc.. 125,52. 16430-16433 (2003)
• [Publications] H.Shigekawa: "Manipulation and anatomy at a single molecule level"Molecular Electronics and Bioelectronics. 14,3. 137-142 (2003)
• [Publications] D.N.Futaba: "Site-selective silicon adatom desorption using femtosecond laser pulse pairs and scanning tunneling microscopy"Appl.Phys.Lett.. 83. 2333 (2003)
• [Publications] T.Imayoshi: "A New Atomic Arrangement of Nitrogen-induced GaAs(001)-(3x3) Surface : One Arsenic Dimer and Two Missing Dimers"Surf.Sci.. 540. L577-L582 (2003)
• [Publications] O.Takeuchi: "Thermodynamic Analysis of the Interaction between Kr Adosorbates on Si(111)-7x7 Surface"Jpn.J.Appl.Phys.. 42. 4890-4893 (2003)
• [Publications] S.Yasuda: "Structures of Self-Assembled Monolayer of Squaraine Molecules Adsorbed on Highly Oriented Pyrolytic Graphite and Au(111) Substrates"Jpn.J.Appl.Phys.. 42. 4901-4904 (2003)
• [Publications] H.Shigekawa: "What govems the Si(100) low temperature phase?"Butsuri. 58. 503-511 (2003)
• [Publications] Y.J.Li: "Characteristic intra- and interunit interactctions of the Kr atoms adsorbed on Si(111)-7x7 surface"Phys.Rev.B.. 68,3. 033301 (2003)
• [Publications] T.Komeda: "Techniques for STM-IETS Measurement"HYOMEN KAGAKU. 24,5. 313-317 (2003)
• [Publications] Y.Saino: "Observation of cis-2-butene molecule on Pd(110) by cryogenic STM : site determination using tunneling-current-induced rotation"Surface Science. 536. L403-L407 (2003)
• [Publications] K.Miyake: "Formation Process of Cyclodextrin Necklace-Analysis of Hydrogen Bonding on a Molecular Level-"J.Am.Chem.Soc.. 125. 5080-5085 (2003)
• [Publications] 重川秀実: "朝倉物性物理シリーズ・極限実験技術(走査プローブ顕微鏡)"朝倉書店. 249 (2003)