原子間力顕微鏡による二次元ハニカム格子状の単層SiGeの探索

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本研究では、原子間力顕微鏡(AFM)を用いた相互作用力測定によってSiとGe原子を元素識別し、二次元ハニカム格子状の単原子層SiGeシート(単層SiGe)の作製法を見出すことを目的としている。単層SiGeの作製のため、その母材であるシリセンの準備を行った。また、Ge以外の元素をシリセンに混ぜられる可能性も考慮して、元素識別法の拡張も行った。シリセンはAg表面上で様々な相をとることが知られている。本年度は、まずシリセンの試料準備と、AFM研究に適した相の検討を行った。清浄化したAg(111)基板を230℃に保持した状態でシリコンを蒸着し、表面に形成したシリセンを走査トンネル顕微鏡により観察した。その結果、先行研究で最も多く報告されている4×4相やT相を確認することができた。4×4相は低速電子回折により構造決定されているが、T相は構造や周期性に関して議論がまだ続いているため、4x4相をAFMにより重点的に調査することにした。AFMにより4x4相の原子分解能観察を試みたが、Si(111)-(7×7)などの基準試料と比べると、シリセン上のAFM像のSN比は悪く、安定したスキャンは困難であることが分かった。これはシリセン表面の凹凸が非常に小さいためだと考えられるので、SN比を向上させるための対策が今後必要である。本研究では単層SiGeを目標として掲げているが、シリセンにはGe以外の元素も添加できる可能性がある。しかし、従来のAFMによる元素識別法はSiと電気陰性度が同程度であるIV族元素に限られていた。そこで本年度は、様々な電気陰性度を持つ元素に対しても適用可能な元素識別法の開発も行った。これを利用することにより、AlやO, Nなどがドープされたシリセンの探索も可能となった。