光励起STMを用いた単一原子、分子レベルでの物性研究

使用光激发STM进行单原子和分子水平的物理性质研究

• 批准号: 12305004
• 负责人: 重川 秀実
• 金额: $ 7.24万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12305004/
• 关键词: STM; 単一分子; 光励起; 表面; フェムト秒レーザー; 新技術; SPM; 極限計測; シェイカー法; トンネル電流

フェムト秒領域のパルス光励起下でトンネル電流を測定することにより、時空両極限領域での物性実験の可能性を追求する試みを進めてきたが、新手法・装置の開発に成功した。基礎的な性能を測定した結果、(1)トンネル電流を検出することでSTMの空間分解能(〜0.01nm)を継承し、(2)励起パルス光の間隔を1fs程度の精度で制御することで実効的なパルス幅(現状25fs)と同程度の時間分解能を実現、(3)更に、励起パルス光間隔を変調することで探針の熱膨張によるトンネル電流変化を極限まで除去し、時間分解信号を精度良く検出することが可能なシステムであることを確認した。既存の方法は、励起光パルスをチョッパーによりon/offする周波数、あるいはレーザーパルスの繰り返し周波数、のいずれかに同期して位相敏感検出を行うことで2パルス光(時間差t_d)照射時の電流値I_t(t_d)と励起光off時の電流値I_dの差I_<dtff>=I_t(t_d)-I_dを求め、このI_<dtff>のt_d依存性I_<dtff>(t_d)を求めるものであった。ところが、光の強度に変調を加える手法では、光強度が増加する際に探針が熱膨張し、変位電流の問題や、トンネルギャップを越えて、試料と接触する可能性があるため高輝度のレーザを用いることができない。今回我々の考案した装置は、光の強度でなく、2パルス間の時間間隔に周期的な微少変調△t_dを加え、これに同期した信号を位相敏感検出することで、光強度が非常に大きいときでも安定にトンネル電流が測定できるよう工夫されている。

フ ェ ム ト seconds field の パ ル ス excitation light up under で ト ン ネ ル current を determination す る こ と に よ り, time and space that struck limit field で の property be 験 の possibility を pursuit す る try み を into め て き た が, new technique, device の 発 に successful し た. Basic な を performance measurement し た results, (1) ト ン ネ ル current を 検 out す る こ と で STM の space decomposition can (~ 0.01 nm) を 継 し, (2) wound up パ ル ス light の interval を 1 fs precision degree の で suppression す る こ と で be sharper な パ ル ス status (25 fs) picture と の time decomposition can the same extent を be now, (3) more に, excitation Light up パ ル ス interval を - adjustable す る こ と で probe の thermal expansion に よ る ト ン ネ ル current variations change を limit ま で remove し good precision, time decomposition signal を く 検 out す る こ と が may な シ ス テ ム で あ る こ と を confirm し た. Existing の way は, excitation light パ ル ス を チ ョ ッ パ ー に よ り on/off す る cycle number, あ る い は レ ー ザ ー パ ル ス の Qiao り return し cycle number, の い ず れ か に period し て phase sensitive 検 を row う こ と で 2 パ ル ス の (t_d) between the irradiation light on current numerical I_t (t_d) と wound up the light off when の current numerical I_d の Poor I_ < DTFF > = I_t (t_d) - I_d を め, こ の I_ < DTFF > の t_d dependency I_ < DTFF > (t_d) を o め る も の で あ っ た. と こ ろ が, light intensity of の に - adjustable を plus え る gimmick で は, light intensity が raised す る interstate に probe が thermal expansion し, problem - a current の や, ト ン ネ ル ギ ャ ッ プ を more え て, try と contact す る possibility が あ る た め degree of micromixer mixing effect の レ ー ザ を with い る こ と が で き な い. Today to my 々 の test case し は た device, light intensity of の で な く, 2 パ ル ス の time interval between に cycle な micro - less adjustable delta t_d を え, こ れ に period し を た signal phase sensitive 検 out す る こ と で, light intensity が very big に き い と き で も settle に ト ン ネ ル current が determination で き る よ う time さ れ て い る.

项目成果

S.Oyama: "Interactive force between cyclodextrin inclusion complexes studied by atomic force microscopy."Jpn.J.Appl.Phys.. 40. 4419-4422 (2001)

S.Oyama：“通过原子力显微镜研究环糊精包合物之间的相互作用力。”Jpn.J.Appl.Phys.. 40. 4419-4422 (2001)

H.Shigekawa: "The molecular abacus-STM manipulation of cyclodextrin necklace-"J.Am.Chem.Soc.. 122. 5411-5412 (2000)

H.Shigekawa：“分子算盘-环糊精项链的STM操作-”J.Am.Chem.Soc.. 122. 5411-5412 (2000)

K.Hata: "Selective adsorption and patterning of Si nanoparticles fabricated by laser ablation on functionalized self-assembled monolayer."Appl.Phys.Lett.. 79. 692-694 (2001)

K.Hata：“通过激光烧蚀在功能化自组装单层上制造的硅纳米粒子的选择性吸附和图案化。”Appl.Phys.Lett.. 79. 692-694 (2001)

K.Miyake: "Characteristic structures of the Si(111)-7x7 surface step studied by scanning tunneling microscopy."J.Vac.Sci.Technol.A. 19(4). 1549-1552 (2001)

K.Miyake：“通过扫描隧道显微镜研究 Si(111)-7x7 表面台阶的特征结构。”J.Vac.Sci.Technol.A。

J.Y.Park: "Modification of Surface-State Dispersion Upon Xe Adsorption iA Scanning Tunneling Microscopy Study"Phys.Rev.B. 62. 16341-16344 (2000)

J.Y.Park：“Xe 吸附表面态色散的改进扫描隧道显微镜研究”Phys.Rev.B。