Synthesis of novel materials in an electronically-stimulated nanogap

电子刺激纳米间隙中新型材料的合成

基本信息

批准号：
20K20552
负责人：
吉田秀人
金额：
$ 16.39万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-07-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K20552/
关键词：
ナノギャップ電子顕微鏡原子スケールその場観察

项目摘要

ナノギャップにおける新規現象の発見、および新規物質の合成・合成条件の探索・確立を目指し実験を進めた。まず、電解研磨法とイオンミリングによって、ナノギャップの電極となるパラジウムと金の針を作製した。次に、作製した一対の金属針をTEMホルダーに向かい合わせに配置し、環境制御型透過電子顕微鏡（ETEM）内で一方の金属針をピエゾ素子で動かしてギャップ間隔を制御することでナノギャップ電極を形成した。形成したナノギャップ電極を真空中、酸素中、水素中、窒素中で電圧を印加しながらETEMその場観察し、その表面形状や原子スケール構造の変化のガス種および電界強度依存性を調べた。パラジウムナノギャップ電極においては、酸素および水素中で電圧を印加すると、正極表面のパラジウムが電界蒸発し、パラジウム原子が負極側に移動する現象が観察された。その電界強度の閾値は約5 V/nmであった。真空中では8 V/nmまで電界強度を上げても同様の現象は観察されなかったことから、酸素・水素ガス分子がパラジウム表面に吸着・反応することで電界蒸発し易くなっていると考えられる。同様の現象は金ナノギャップ電極に酸素中で電圧を印加したときにも観察された。この電極表面反応における局所的な電場の影響を調べるために、ナノギャップ電極先端近傍に形成される空間電位分布、空間電場、電極先端の表面電荷のシミュレーションを実施した。電極針先端の曲率半径ならびにギャップ間隔を系統的に変えることで、局所的に増強された電場の強度の変化を追跡した。その結果、金属電極表面の原子・分子ダイナミクスが電界強度と相関することを見出した。

进行实验以发现纳米胶质中的新现象，并探索和建立新物质的综合和条件。首先，通过电抛光和离子铣削制备钯和金针作为纳米含量的电极。接下来，将准备好的金属针头朝向TEM支架，并通过在环境控制的透射电子显微镜（ETEM）中移动带有压电元件的金属针中的一个金属针形成纳米类电极，以控制间隙间距。在真空，氧气，氢和氮中施加电压时，在原位观察到形成的纳米类电极，并研究了其表面形状和原子尺度结构的变化对气体物种和电场强度的依赖。在钯纳米类电极中，当在氧气和氢中施加电压时，阳性电极表面上的钯蒸发了电场，并且钯原子朝向负电极侧移动。电场强度的阈值约为5 v/nm。在真空中，即使电场强度提高到8 v/nm，也没有观察到类似的现象，并且人们认为氧气和氢气分子在钯表面的吸附和反应使电场更容易蒸发。当将电压施加到氧气中的金纳米类电极时，也观察到类似的现象。为了研究局部电场对电极表面反应的影响，进行了空间电势分布的模拟，空间电场和表面电荷在纳米组电极尖端附近形成的电极尖端上的模拟。通过系统地改变电极针尖的曲率半径和间隙间距来跟踪局部增强的电场强度的变化。结果，发现金属电极表面的原子和分子动力学与电场强度相关。