STM発光による金属微粒子の単電子チャージアップ効果の研究

本研究の目的は金属酸化膜基板上に形成した金属微粒子からのSTM発光(STMの電子トンネルに付随した発光現象)のカットオフエネルギーのバイアス電圧依存性を計測することにより、この微粒子の単電子チャージアップ効果を計測することにあった。金属を試料とするSTM発光においては発光のカットオフは、探針-試料間のバイアス電圧をVとすると、eVになる(ここでeは素電荷)。しかし、試料サイズが小さくなると1個の電子による試料(今の場合、微粒子)のチャージアップが無視できない量となり、カットオフはeVより小さくなることを予想した。本研究では実際に金属酸化膜基板上に形成した金属微粒子からのSTM発光計測を行い、期待したように微粒子のサイズが十分小さいときには発光のカットオフエネルギーはeVよりも小さくなることを見いだした。カットオフエネルギーのeVからのシフト量を試料微粒子のサイズの関数として計測し、単電子チャージアップ効果のシミュレーション結果と比較することにより、このカットオフエネルギーのシフトがたしかに単電子チャージアップ効果によるものであることを確認し、研究目的を達成した。単電子チャージアップ効果は現在世界中で活発に研究されているテーマの一つであるが、これを光学手法により計測したのは全世界的にも本研究が最初である。なお、研究の成果は米国にて開催された第三回表面界面原子制御に関する国際会議で招待講演として発表し、また概要は応用物理学会誌の速報(レター)として既に出版されている。

本研究の目的は金属酸化膜基板上に形成した金属微粒子からのSTM発光(STMの電子トンネルに付随した発光現象)のカットオフエネルギーのバイアス電圧依存性を計測することにより、この微粒子の単電子チャージアップ効果を計測することにあった。金属を試料とするSTM発光においては発光のカットオフは、探針-試料間のバイアス電圧をVとすると、eVになる(ここでeは素電荷)。しかし、試料サイズが小さくなると1個の電子による試料(今の場合、微粒子)のチャージアップが無視できない量となり、カットオフはeVより小さくなることを予想した。本研究では実際に金属酸化膜基板上に形成した金属微粒子からのSTM発光計測を行い、期待したように微粒子のサイズが十分小さいときには発光のカットオフエネルギーはeVよりも小さくなることを見いだした。カットオフエネルギーのeVからのシフト量を試料微粒子のサイズの関数として計測し、単電子チャージアップ効果のシミュレーション結果と比較することにより、このカットオフエネルギーのシフトがたしかに単電子チャージアップ効果によるものであることを確認し、研究目的を達成した。単電子チャージアップ効果は現在世界中で活発に研究されているテーマの一つであるが、これを光学手法により計測したのは全世界的にも本研究が最初である。なお、研究の成果は米国にて開催された第三回表面界面原子制御に関する国際会議で招待講演として発表し、また概要は応用物理学会誌の速報(レター)として既に出版されている。