温度可変型STPによる実空間電位分布観察を通じた量子電気伝導現象の微視的解明

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表面平行方向の電気伝導特性は、ステップなどの原子欠陥や吸着原子といった局所的な乱れから影響を受けることが知られているが、低温では、電子のコヒーレンス長が長くなるために、電子波の局在・閉じ込め効果等の局所構造間の相関が重要となる非局所現象が顕著となり、室温では見られない特異な表面電気伝導現象が現れることが期待される。また、これまで４端子法で表面電気伝導は評価されてきたが、それはあくまでも端子間の平均的な評価で、個々の局所情報を得ることは容易ではない。そこで、それを可視化するために低温下で動作可能な温度可変型走査トンネルポテンショメトリ(VT-STP)という顕微鏡の開発を目指してきた。テクニカルに最大の問題となっているのは、STP実験のために、表面上の２か所で電気的接触を取る方法である。目指している表面系のSi清浄表面上に異種原子を吸着し作成される長周期構造を持つ系に対しては、表面作成過程で１２００℃程度の高温熱処理が必要な事が多く、電気的接触を得ることは容易ではない。これまで、そのような高温に耐えられてかつ不活性であるTa電極を表面に作成することで電気的接触をとることに成功しているが、Ta電極の作成時間の低減・精密な膜厚制御を可能にするために、これまでのプラズマガン方式による蒸着から、スパッタによる蒸着でTa電極を作成した結果、Si表面上に異種金属を吸着させて作成した清浄表面に通電することに成功し、室温下でSTP測定を行うことに成功した。また、測定の歩留まりを向上させるために、犠牲酸化膜処理による熱処理温度の低減、レーザー光による局所加熱、静電容量を利用した探針の位置制御等を試みた。以上のように、Ta電極によって表面に電気的接触をとるめどがついたので、低温下での実験の準備を進めている。