【研究分野】薄膜・表面界面物性

【研究領域課題番号】26246022 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

酸化物表面 / 界面 / 走査プローブ顕微鏡 / 走査トンネル顕微鏡 / ペロブスカイト / 二次元電子状態 / 超伝導 / 金属酸化物 / 表面 / 酸化物エレクトロニクス / 薄膜 / 酸化物薄膜 / 表面科学 / 表面・界面物性 / 強相関エレクトロニクス / 強相関電子系 / 超薄膜 / 電気伝導 / 二次元電子 / 酸化物 / 表面・界面

【研究成果の概要】

遷移金属酸化物は、通常の半導体には見られない多彩な機能を示すことから、次世代エレクトロニクス材料として活発な研究が展開されている。近年、酸化物作製技術が急速に発展したことにより、原子レベルで急峻な界面を有する薄膜やヘテロ構造の作製が可能になり、新しい物性・機能が見出されている。このような酸化物薄膜やヘテロ構造が示す機能の探求・解明のためには、酸化物薄膜について、電子状態評価を原子レベル空間分解能で行うことが重要である。
そこで、我々は独自の走査トンネル顕微鏡-成膜装置複合システムを構築し、遷移金属酸化物薄膜表面・界面の原子構造と電子状態に関する研究を進めた。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2014-04-01 - 2018-03-31

【配分額】36,530千円 (直接経費: 28,100千円、間接経費: 8,430千円)

【研究分野】薄膜・表面界面物性

【研究領域課題番号】19206007 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

水素 / 表面 / サブ表面 / 量子ダイナミクス / 共鳴核反応法走査トンネル顕微鏡法 / 拡散 / 水素吸蔵 / 共鳴核反応法 / 走査トンネル顕微鏡法 / 表面・界面物性 / 放射線・X線・粒子線 / 計算物理 / 物性実験 / 水素吸着

【研究成果の概要】

表面・サブ表面・バルク領域にわたる水素原子の量子様態を探る第一原理量子ダイナミクス計算手法および共鳴核反応による観測実験手法を開発した。開発したシミュレーションおよび観測実験手法をPd(111)およびPd_3X(X=Ag,Cu,Ni)合金(111)表面系に適応して、金属の表面からサブ表面における水素の量子様態および、表面からサブ表面への水素拡散の量子ダイナミクスを解明した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2007 - 2009

【配分額】48,490千円 (直接経費: 37,300千円、間接経費: 11,190千円)

【研究分野】薄膜・表面界面物性

【研究領域課題番号】18360018 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

表面 / 薄膜 / ナノ / 磁気伝導 / 磁気抵抗 / 電気伝導 / プローブ / STM / マイクロプローブ

【研究成果の概要】

本研究では独立駆動型のマルチプローブによる表面磁気抵抗測定装置を世界に先駆けて開発した。本システムを用いれば (i)超高真空(10-^11~10^-10Torr)、(ii)強磁場(7T)、(iii)低温(<10K)の実験条件下での磁気抵抗測定が可能であり、また設置されたツイン・プローブステージでは測定対象に応じて、STM 探針、マイクロ4端子プローブ、マルチ配置用マクロプローブを超高真空下で交換できるようになっている。
固体表面上のナノ金属薄膜の表面磁気抵抗測定に成功し、ナノスケールから原子レベルでの磁気輸送研究への新しい実験方法が確立した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2006 - 2008

【配分額】16,600千円 (直接経費: 15,700千円、間接経費: 900千円)

【研究分野】物性Ⅰ

【研究領域課題番号】17540299 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

固体表面 / 走査トンネル顕微鏡 / 構造操作 / 量子散乱 / 物性理論 / 表面 / トンネル顕微鏡 / 半導体 / コヒーレンス / 操作トンネル顕微鏡 / 構造 / 散乱理論 / コヒーレント / ボゾン / フェルミオン / シリコン / ゲルマニューム / ダイマー / 構造変換 / 走査トンネル電子顕微鏡 / 微分コンダクタンス / モデルポテンシャル / 温度

【研究成果の概要】

走査トンネル顕微鏡(STM)を使った固体表面の構造操作について、機構を理論的に明らかにした。特に、STM探針から離れた表面原子操作について明らかにした。STMを使い半導体表面電子状態に注入された電子のコヒーレンス長について、フェルミオンである電子とボゾンである格子振動との相互作用を量子散乱機構としたコヒーレンス長の一般的表式を求め、ゲルマニューム表面でコヒーレンス長が長大になるバイアス電圧の存在を示した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2005 - 2008

【配分額】3,730千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 330千円)

【研究分野】ナノ構造科学

【研究領域課題番号】16310070 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

シリコン / 表面 / 有機分子 / 電子エネルギー損失分光 / 走査型トンネル顕微鏡 / 第一原理計算 / 吸着 / 界面 / X線吸収分光 / X線発光分光 / STM / 光電子分光

【研究成果の概要】

実験と理論両面からSi(100)表面に吸着した有機分子の構造と電子物性について研究を行い,以下の成果を得た.
(1)低温のSi(100)c(4x2)表面に2メチルプロペンやプロピレンを吸着させ,その吸着状態を電子エネルギー損失分光(EELS),走査型トンネル顕微鏡(STM),第一原理計算を用いて詳細に調べた.非対称大マーに対してマルコフニコフ則が成り立つように吸着することが解明された.
(2)低温のSi(100)表面にπ鎖体型で弱く吸着したエチレン分子に対し波長選択した可視・紫外光を照射した際の光脱離と光誘起化学吸着反応について実験的研究を行った.光誘起によりπ鎖体型エチレンは,光脱離と光解離が起こることが分かった.
(3)Si(100)表面に吸着した1,4シクロヘキサジエンは基板温度により3つの異なる吸着状態をとることが観測された.室温での吸着状態(机型と考えられる)をとる単一吸着分子に対してトンネル分光を行い,電流-電圧特性の中に分子に由来すると考えられる特徴あるピークが観測された.
(4)SiO_2/Si(111)および酸窒化膜/Si(111)の界面の電子状態を調べるために,軟X線吸収分光/軟X電発光分光をSPring8にて行った.異なる化学状態にある酸素および窒素のIs内殻準位から非占有状態への軟X線励起を選別することにより異なるサイトごとの価電子帯の電子状態を測定した.第一原理計算の結果とあわせて,界面の局所電子状態についての知見が初めて得られた.
(5)第一原理計算の枠組みで,電場を印可した状態下で,Si(001)表面にdi-σ吸着した炭化水素分子の吸着状態を理論的に研究した.1V/Åくらいまでの電場条件下では吸着構造や震度数に対する顕著な変化は生じないものの,分子由来の軌道のエネルギー準位と基板由来のそれとの間に電場の大きさや分子の吸着高さ・軌道の性質を反映した〜1V程度のシフトが生じることが明らかになった。
(6)シリコン表面に,サブμmオーダーの金属ワイヤなど人工構造を電子ビーム誘起表面反応で作製する装置を開発した.

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2004 - 2005

【配分額】15,800千円 (直接経費: 15,800千円)

【研究分野】固体物性Ⅰ(光物性・半導体・誘電体)

【研究領域課題番号】11740169 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

超伝導 / 表面 / 走査トンネル顕微鏡 / 光電子分光 / Ag / Ge

【研究成果の概要】

本研究は、極低温において超伝導を示すといわれるAg/Ge(100)表面について光電子分光及び極低温STM/STS測定を行い、表面にのみ存在する超伝導の表面構造と電子状態との相関を明らかにしようとするものである。平成12年度には以下のことを行った。まず、Ag島の電子状態を知るために、高エネルギー加速器研究機構・放射光研究施設の共同利用実験(PAC No.99G153)として、Ge3dおよびAg4dの表面内殻準位シフトと価電子帯の角度分解光電子分光測定を、蒸着温度と蒸着量で決まるいくつかの表面構造の試料について行った。この結果、Ag島、特に2次元的な島は下地Geと強く相互作用してGe清浄表面の表面準位をなくし、代りに新たないくつかの状態を作っている様子や、3次元的な島では既にAgがバルク的な振る舞いを見せることが分かった。これらはこれまでのSTM観察と矛盾しない結果である。またAg島の成長のメカニズムを知るため、室温STM観察を高空間分解能で行い、Agの初期吸着サイトの候補をいくつかに絞ることができた。第一原理計算による安定構造・STM像のシミュレーションにも協力し、実験結果と比較することでいくつかの知見が得られた。さらに、極低温でのSTM/STS観察を高分解能で行うため、新たに導入された極低温STM装置の立ち上げを行い、光電子分光実験で用いたものと同様の試料について、すでに測定にとりかかっている。

【研究種目】奨励研究(A)

【研究期間】1999 - 2000

【配分額】2,100千円 (直接経費: 2,100千円)