2017 Fiscal Year Annual Research Report
A study of mechanical property of clean metal atomic contacts by UHV-TEM-AFM method
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15H03522
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| Research Institution | Japan Advanced Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
大島 義文 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (80272699)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 透過型電子顕微鏡 / 周波数変調 / 力学的性質 / ナノ接点 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
金属ナノ接点の力学的性質を明らかにするため、超高真空透過型電子顕微鏡 (TEM) に組み込める小型原子間力顕微鏡 (AFM) ホルダーを開発した。力学的特性を測定方法とし、縦振動モードの商用水晶振動子（共振周波数 1MHz）を用いた周波数変調方式を採用した。一般に、振動子の振幅は、感度を上げるため大きくする必要がある（シリコンカンチレバーの場合、数nm）。しかし、この大きな振幅では金属ナノ接点が塑性変形をするため、弾性的な情報が得られない。今回、水晶振動子の縦振動を利用し、およそ50pmの振幅でも金属ナノ接点の等価バネ定数を得ることが出来た。
開発した装置を用いて、金ナノ接点のヤング率の接点サイズ（接点の直径）依存性について調べた。これまでに金属ナノワイヤのヤング率について、バルク結晶のヤング率から変化することが理論計算によって示されていたが、計算に用いるポテンシャルの違いなどによって変化する傾向が大きく異なることもあり、明らかにされていない。また、サイズ（直径）10 nm 以下の金属ナノワイヤのヤング率は、測定する手法がなかったため（SEMでは空間分解能が足りない）実験ではほとんど調べられていない。
我々は、TEM像から金ナノ接点の形状を得、周波数の変化分から金ナノ接点のヤング率を求めた。また、解析方法として、金ナノ接点のヤング率が接点サイズに依存していると考えているため、金ナノ接点の形状をいくつかの異なるサイズをもつスライスから構成していると仮定することで、多数の実験結果から各スライスのヤング率を求めた。その結果、サイズ10 nm以下になると、ヤング率が緩やかに小さくなり、サイズ2nm程度ではバルクの値に対して半分程度になることを明らかにした。
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| Research Progress Status |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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