徳本グループ

メカニカルプローブ技術利用による原子レベル構造計測・制御・形成

徳本　洋志

STM/AFMおよびその周辺のメカニカルプローブ技術を利用し、原子・分子レベル構造を計測・制御・形成する技術の確立を目指す。そのため、トンネル電流、原子間力、磁気力、トンネルフォトン、原子・分子間固有の力等の物理・化学現象を応用し、走査型メカニカルプローブ技術をより高度化する。さらに、従来広く用いられている表面・界面評価技術と複合化すると共に、レーザー技術、マイクロ波技術、ビームプローブ技術を導入して原子種・分子種、原子状態・分子状態を識別する技術を確立する。これらの技術を利用し、空気中、液体中、超高真空中に拘わらず、また、極低温から高温下に於て、あらゆる物質に適した原子・分子レベル構造観察・制御技術、さらに、任意の物性・現象を呈するナノスケール構造・新材料を形成する技術の確立を目指す。

■成果

１．原子種・分子種同定技術の確立を目指して、STM/AFM複合装置、断面STM（不純物空間位置同定）、力制御AFM（局所弾性率測定）、SNOM/PL_Raman複合装置（光学定数測定）、STM/AP_FIM複合装置（原子・分子の化学分析）などの手法を開発した。更に、これらを用い数多くの成果を得た。例えば、化合物半導体中の不純物分布およびナノスケール自己組織構造、ポリマーの弾性率制御、金修飾グラファイト表面での第二次／三次高調波信号検出、SNOMによる表面下第二層目物質の同定、など。

２．固体表面の原子／ナノスケール構造の観察および制御のため、半導体・金属・強誘電体・超電導体・有機膜の観察および修飾をSTM/AFMにより試みた。その結果、数多くの成果を得た。代表的なものは、溶液処理による完全Si（001）表面、シリコン表面近傍の層毎の原子抜取およびシリコン原子ワイヤ形成と量子伝導現象、自己組織GaAs/AlAs量子ワイヤ形成、金表面のステップ形成、SAMナノスケールワイヤ形成、水素化Si表面のCuPc分子配列制御、強誘電体ドメイン制御、ポリマー表面のナノスケール分析、ビスマス系高温超電導体表面修飾、など。

３．革新的なSPM技術として、超高真空に適した磁気力制御AFM装置（探針・基板表面原子間の相互作用測定）、マイクロ波STM（探針・基板間の非線型効果）などの開発を進め、予備的な成果を得ることができた。さらに、近い将来スピンが関係した種々の現象（スピン偏極STM）やナノスケール構造の物性測定のための極低温（1.2K）、強磁場（12Tesla）、超高真空STMの開発を行うことを決断した。

Si（111）/７×７表面の原子操作により形成したSi原子ワイヤーの量子伝導

AlGaAs/GaAsヘテロ構造を利用したナノスケールSAM膜構造