レーザー光による表面原子操作

これまでSi(111)-(7x7)表面におけるレーザー誘起構造変化の研究により、光励起により生成された表面正孔の非線形局在により電子的結合切断が誘起されることが明らかにされている。本年度は、(1)表面の正孔の非線形局在が、他の半導体表面における電子的な結合切断にも一般的に成立する概念であるのかを明らかにする。(2)電子的結合切断による新表面構造相創製のための最適化な励起条件を探索する、という2つの目的で、Si(001)-(2x1)表面において発生するレーザー誘起構造変化及び脱離現象について研究を行った。弱強度レーザー照射前後の表面におけるトンネル顕微鏡観察により、励起によって、最外層のダイマーが除去され、空格子点が生成されることが確認され、Si(001)表面においても、電子的な局所的結合切断が発生することがわかった。さらに、繰り返し励起することにより、大部分の表面ダイマーが除去され、既に報告されているような新構造相が出現した。このことより、新構造相創製に電子的結合切断が直接関与していることがわかった。次に、種々の励起条件において、空格子点生成効率及び結合切断に伴う脱離Si原子収量を測定し、電子的結合切断効率が以下の特徴を有することを明らかにした。1)電子的結合切断効率は励起強度に対して強い非線形効果を示す2)脱離効率は強い光子エネルギー依存性を示す。効率は、2.3eV近傍でピークを形成した後、2.6eV近傍より徐々に増大する。実験により得られた結果は、光励起によりバックボンド表面バンドに生成された正孔の多重局在というモデルによりうまく説明できることが判明した。以上の研究により、表面正孔の非線形局在が、半導体表面における電子的結合切断を理解するための重要かつ一般的な概念であることがわかった。さらに、電子的結合切断効率をあげて、新表面構造相を効率的に創製するためには、表面バックボンドバンドに効率的に正孔を発生させるように励起条件を最適化する事が有効であることがわかった。

これまでSi(111)-(7x7)表面におけるレーザー誘起構造変化の研究により、光励起により生成された表面正孔の非線形局在により電子的結合切断が誘起されることが明らかにされている。本年度は、(1)表面の正孔の非線形局在が、他の半導体表面における電子的な結合切断にも一般的に成立する概念であるのかを明らかにする。(2)電子的結合切断による新表面構造相創製のための最適化な励起条件を探索する、という2つの目的で、Si(001)-(2x1)表面において発生するレーザー誘起構造変化及び脱離現象について研究を行った。弱強度レーザー照射前後の表面におけるトンネル顕微鏡観察により、励起によって、最外層のダイマーが除去され、空格子点が生成されることが確認され、Si(001)表面においても、電子的な局所的結合切断が発生することがわかった。さらに、繰り返し励起することにより、大部分の表面ダイマーが除去され、既に報告されているような新構造相が出現した。このことより、新構造相創製に電子的結合切断が直接関与していることがわかった。次に、種々の励起条件において、空格子点生成効率及び結合切断に伴う脱離Si原子収量を測定し、電子的結合切断効率が以下の特徴を有することを明らかにした。1)電子的結合切断効率は励起強度に対して強い非線形効果を示す2)脱離効率は強い光子エネルギー依存性を示す。効率は、2.3eV近傍でピークを形成した後、2.6eV近傍より徐々に増大する。実験により得られた結果は、光励起によりバックボンド表面バンドに生成された正孔の多重局在というモデルによりうまく説明できることが判明した。以上の研究により、表面正孔の非線形局在が、半導体表面における電子的結合切断を理解するための重要かつ一般的な概念であることがわかった。さらに、電子的結合切断効率をあげて、新表面構造相を効率的に創製するためには、表面バックボンドバンドに効率的に正孔を発生させるように励起条件を最適化する事が有効であることがわかった。