スピン偏極STMを用いた分子の磁気特性の観察と制御

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表面の電子状態を原子分解能で観察できるSTMの探針として磁性材料を使用し、高いスピン偏極率を持つトンネル電子で表面スピン状態を観察する高スピン偏極STM(Spin Polarized STM : SPSTM)を開発し、これを用いて表面上に吸着させた有機分子の持つスピンを原子レベルで計測することを目的とし、(1)金属表面上の分子の配列・配向の高分解能観察(2)金属表面上の分子の局所状態密度の観察(3)スピン偏極探針の作製と磁性材料観察への応用の研究を行った。(1)に関しては、金(111)表面をマイカ表面上に作製し、その上でフタロシアニン分子がエピタキシャル成長することを見出した。金表面の再構成が、エピタキシャル構造を確定していることがわかり、表面から3層目までの分子の配列・配向に関し、下地の原子配列の関係を明らかにするとともに、膜厚による走査トンネル顕微鏡像のコントラストの違いから、分子間および分子と基板の相互作用の影響を議論した。(2)に関しては、銅表面に吸着したフタロシアニン分子の極低温下における微分コンダクタンススペクトルおよび微分コンダクタンス像を観察し、分子軌道を可視化することに成功した。量子化学計算との比較により、銅の表面では、分子の軌道と銅の軌道が混成することによって、最高占有軌道と最低非占有軌道の間に、新たな準位が形成することがわかった。(3)に関しては、探針のクリーニング装置と磁性材料の蒸着装置を開発し、安定な作製方法を確立した。