スピン高偏極走査型トンネル顕微鏡を用いた原子スケール磁性計測と制御に関する研究

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極低温走査型トンネル顕微鏡(STM)を用いて、表面に吸着した分子の局所電子状態の実空間観察を行った。スパッタリングとアニーリングによって清浄化した銅(100)表面に、コバルトフタロシアニン分子(CoPc)をわずかに蒸着し、5Kの極低温環境においてSTM観察を行った。探針としてはPt/Irワイヤを使用した。表面形状の観察から、基板温度室温で蒸着したCoPcは互いに孤立して吸着していることがわかった。個々のCoPc分子は、分子内の対角上にあるベンゼン環を結ぶ軸を、Cu(100)表面の[001]軸方向に対し、26°および55°回転させた2種類の吸着様式があることがわかった。いずれの吸着様式でも分子面は基板に平行であった。それぞれの吸着方式のCoPc分子に対し、STM観察時にバイアス電圧に微少な交流信号を印可し、これをロックイン検出することで微分コンダクタンスを測定から、局所電子状態の観察を行った。ベンゼン環上での微分コンダクタンス測定では、0ボルトに対し反対称な形をした微少なピークが見つかった。これは、基板-CoPc吸着分子間の振動に相当すると思われる。中心金属周辺で微分コンダクタンスを測定したところ、フェルミレベルから25mVほどの位置に半値幅100mVの鋭いピークが見つかった。このピーク位置は、孤立CoPcの分子軌道計算で求められた最高占有準位と最低非占有準位の間に相当し、孤立分子の場合このようなピークは観察されない。表面に吸着したために生じた新たな電子状態と考えられる。また、中心金属コバルト上で微分コンダクタンス測定を行ったところ、バイアス電圧-0.4ボルト付近にピークが見つかった。分子軌道計算や光電子分光測定と比較すると、このピークはコバルト金属のd軌道電子状態を反映していると考えられる。現在は、磁性探針を用いて中心金属コバルトのスピンの観察を試みている。