ケルビンプローブ力顕微鏡による酸化チタン表面の金ナノ構造体と電荷移動に関する研究

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本研究の目的は、酸化チタン表面上の一酸化炭素の酸化過程における金ナノ構造体と電荷移動現象の関係を原子スケールで解明することである。そのために本年度の計画は、Au/TiO2表面上の一酸化炭素の酸化過程における金ナノ構造体と電荷移動現象の関係を300 Kの室温環境において解明することであった。また室温での低ノイズおよび高安定化測定を目的として、測定系の改良に取り組む計画であった。当初は計画していなかったが、前年度において、ケルビンプローブフォース顕微鏡（KPFM）を用いた表面光起電力測定の高分解能化および測定時間の短縮に関する研究（AC bias KPFM）が進展したことを踏まえて、本年度ではAC bias KPFMに関する研究をさらに深めた。本手法では、試料に印加する交流電圧の振幅をフィードバック制御に用いるという新たな方式を提案し、一度の画像化で表面光起電力の分布を取得できることを示した。一度で画像化することで、測定ドリフトや探針変化による測定精度への悪影響を抑制することができ、これまでより高分解能な表面光起電力分布の取得が可能となる。以上をまとめた結果をBeilstein Journal of Nanotechnology誌で発表した。また新たな測定手法として、二重バイアス変調ヘテロダイン周波数変調KPFMを提案した。本手法により、位相同期回路の帯域を超えた高周波の交流電圧（数MHz）に対する静電気力の基本波成分と二倍波成分を同時に測定することが可能となった。従って、高周波電圧に対するCPDと同時に、誘電率やキャリア密度といった物理量をナノスケールの高空間分解能で測定することが可能となる。以上をまとめた結果をApplied Physics Letters誌で発表した。