金属表面上への異種金属窒化物単原子層の形成とその構造観察

金属単結晶上に形成した単原子層の金属窒化膜は、下地金属との格子不整合のため、短周期、長周期に特異な構造をとり、面白い化学的性質も発現すると期待されている。しかし現状では、窒化層形成に強い条件(高いイオンエネルギー、高いアニール温度)が用いられ、下地金属と表面窒化膜の可能な組合せは、大きく制限されている。本研究は、穏和な条件での窒化膜形成法を開発し、可能な組合せを大きく拡大しようとするものである。装置改造を中心に奨励研究を進めた。単原子層窒化膜の表面構造を原子レベルで観察するには、走査トンネル顕微鏡(STM)が必要である。室温STM装置(東京大学物性研究所)の試料準備室を改造し、そこに窒化膜形成用アタッチメントを設置することとした。既存装置の狭い空間への組込みとなるため、小型の窒素イオン源をどう実現するかが鍵であるが、市販の小型真空ゲージをケース無し仕様で入手し、転用することとした。このイオン源を真空槽内で支持し、必要な電力を外部から供給するため、両面真空フランジを独自に設計し、北野精機(株)で製作した。穏和な窒素イオン源としての動作には、フィラメント加熱用など4台の電源と、微小なイオン電流を測る機器が必要であるが、汎用の直流電源と計測器を購入し、それらを束ねる配電ボックスを自作することで実現した。電気系の整備も終了し、現在、試運転、動作条件最適化の段階であるが、東日本大震災による電力不足のため、一時休止せざるを得ない状態となっている。一方、伝統的な高エネルギー窒素イオンの打込みによる金属表面窒化層についての研究も継続している。Cu(001)面の窒化により形成される特異なグリッド構造について、その原因、構造モデルを英文論文として出版し、学会発表4件を行なった。また異種金属窒化物系として、作成可能なCu(001)面上のロジウム窒化膜について、発表2件を行なった。

金属単結晶上に形成した単原子層の金属窒化膜は、下地金属との格子不整合のため、短周期、長周期に特異な構造をとり、面白い化学的性質も発現すると期待されている。しかし現状では、窒化層形成に強い条件(高いイオンエネルギー、高いアニール温度)が用いられ、下地金属と表面窒化膜の可能な組合せは、大きく制限されている。本研究は、穏和な条件での窒化膜形成法を開発し、可能な組合せを大きく拡大しようとするものである。装置改造を中心に奨励研究を進めた。単原子層窒化膜の表面構造を原子レベルで観察するには、走査トンネル顕微鏡(STM)が必要である。室温STM装置(東京大学物性研究所)の試料準備室を改造し、そこに窒化膜形成用アタッチメントを設置することとした。既存装置の狭い空間への組込みとなるため、小型の窒素イオン源をどう実現するかが鍵であるが、市販の小型真空ゲージをケース無し仕様で入手し、転用することとした。このイオン源を真空槽内で支持し、必要な電力を外部から供給するため、両面真空フランジを独自に設計し、北野精機(株)で製作した。穏和な窒素イオン源としての動作には、フィラメント加熱用など4台の電源と、微小なイオン電流を測る機器が必要であるが、汎用の直流電源と計測器を購入し、それらを束ねる配電ボックスを自作することで実現した。電気系の整備も終了し、現在、試運転、動作条件最適化の段階であるが、東日本大震災による電力不足のため、一時休止せざるを得ない状態となっている。一方、伝統的な高エネルギー窒素イオンの打込みによる金属表面窒化層についての研究も継続している。Cu(001)面の窒化により形成される特異なグリッド構造について、その原因、構造モデルを英文論文として出版し、学会発表4件を行なった。また異種金属窒化物系として、作成可能なCu(001)面上のロジウム窒化膜について、発表2件を行なった。