放射光励起STMによる原子分解能の元素・状態分析

使用同步辐射激发 STM 进行原子分辨率元素/状态分析

• 批准号: 14702021
• 负责人: 齋藤 彰
• 金额: $ 19.3万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14702021/
• 关键词: 走査型プローブ顕微鏡; シンクロトロン放射; 元素分析; 硬X線; アンジュレータ; 内殻励起; 原子制御; トンネル電流

本研究の目的は、特定元素のエネルギー吸収端にあわせた超高輝度・単色硬X線をSTM観察点に入射し、物質表面の状態・組成分析を原子分解能で行うことである。要点は、内殻励起で生じたフェルミ準位近傍の状態密度変化を、トンネル電流の変化としてとらえることである。これはSTM探針をコレクターにして放出電子を集める手法とは全く異なり、STM像の差分を観測するものである。この目的には高度に工夫されたSTM装置が必要であり、装置はSPring-8の超高輝度ビームライン(BL)に導入された。10μmの超高輝度X線を、超高真空中、STM測定点に、精度良く、短時間であわせこみ、BLでの作業高速化、能率化を進めつつ、信号測定系の高機能化を行った。まずX線照射自体による、基板表面への不要な影響を取り除き、次に原子分解能の元素分析のため、Si(111)清浄表面上のGeナノアイランドを測定した(Ge吸収端の上下で光を入射し、それぞれのSTM像を差分する測定)。ただしトポグラフ像を単純に差分するのでなく、精度向上のため、トンネル電流自体の差分をとる手法を開発した。さらに、ビームの2次元集光により励起数を増やした上、さらなるノイズ低減のため全反射条件を用いた。また、ノイズ源である放出電子電流をさらに抑えるため、カーボンナノチューブ探針を用いた。その結果、吸収端の上下で画像内のGeナノアイランドのみに変化が生じる現象が得られた。これはSi上でGeの元素識別に結びつく現象だと考えられる。同時に、副次的な成果として、SPMを用いて半導体だけでなく酸化物表面についても表面構造を観察し、表面の原子スケールでの平坦化処理に関する新知見が得られた。また、STMで有機分子のμmサイズドメイン内の抵抗を測定することに成功し、それが従来の抵抗値と異なることを示すことができた。これらの成果は論文として公表された。

は の purpose, this study specific elements の エ ネ ル ギ ー suction 収 に あ わ せ た color, high luminance 単 hard X-ray を STM 観 examine some に incident し の state, composition analysis, material surface を atomic decomposition can line で う こ と で あ る. Points は, inner wound up で raw じ た フ ェ ル ミ quasi a nearly alongside の state density variations を, ト ン ネ ル current の variations change と し て と ら え る こ と で あ る. こ れ は STM probe を コ レ ク タ ー に し て emitted electron を set め る gimmick と は く all different な り, STM as の difference を 観 measuring す る も の で あ る. こ の purpose に は highly に time さ れ た STM device が necessary で あ り, device は SPring - 8 の high luminance ビ ー ム ラ イ ン (BL) に import さ れ た. 10 microns の high luminance X-ray を, ultra high vacuum, determination of STM in some good く に, high accuracy, short time で あ わ せ こ み, BL で の high speed operation, duty を into め つ つ line, high signal measurement is の function を っ た. ま ず X-ray irradiation of autologous に よ る, substrate surface へ の don't な influence を に atomic decomposition can take り except き, times の element analysis の た め, Si (111) on the surface at の Ge ナ ノ ア イ ラ ン ド を determination し た (Ge suction 収 の fluctuation で を incidence し, そ れ ぞ れ の STM as を difference す る). た だ し ト ポ グ ラ フ like を 単 pure に difference す る の で な く, precision up の た め, ト ン ネ ル current self の difference を と る gimmick を open 発 し た. さ ら に, ビ ー ム の 2 dimensional concentrated に よ り excitation ecri を raised や し た, さ ら な る ノ イ ズ low cut の た め を total reflection conditions with い た. ま た, ノ イ ズ source で あ る emitted electron current を さ ら に え suppression る た め, カ ー ボ ン ナ ノ チ ュ ー を ブ probe with い た. そ の results, suction 収 の from top to bottom in の で portrait Ge ナ ノ ア イ ラ ン ド の み に variations change が raw じ る phenomenon が have ら れ た. The phenomenon of でGe <s:1> element recognition on <s:1> れ れ Si に knot び えられる く く だと examines えられる. に at the same time, deputy な results と し て, SPM を with い て semiconductor だ け で な く acidification surfaces に つ い て も surface structure を 観 の し, surface atomic ス ケ ー ル で の wafer 処 Richard に masato す る knowledge see が too ら れ た. ま た, STM で organic molecular の microns サ イ ズ ド メ イ ン の を resistance measurement in す る こ と に successful し, そ れ が 従 の resistance to numerical と different な る こ と を shown す こ と が で き た. Youdaoplaceholder6 れら れら れら results と paper と て て public table された.

项目成果

Construction of Independently Driven Double-Tip Scanning Tunneling Microscope

• DOI: 10.1143/jjap.44.l120
• 发表时间: 2004
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: K. Takami;M. Akai‐Kasaya;A. Saito;M. Aono;Y. Kuwahara

Structural Study of Initial Growth of Nickel on Yttria-Stabilized Zirconia by Coaxial Impact-Collision Ion Scattering Spectroscopy

同轴碰撞-碰撞离子散射光谱法研究镍在氧化钇稳定氧化锆上的初始生长结构

• 发表时间: 2005
• 期刊: Jpn.J.Appl.Phys. 44,4B(in press)
• 作者: Akira Saito;Kazuki Yamasaki;Masakazu Aono;Yuji Kuwahara et al.
• 通讯作者: Yuji Kuwahara et al.

Structural Study of Metallic Growth on Yttria-Stabilized Zirconia Single Crystal by Coaxial Impact-Collision Ion Scattering Spectroscopy

同轴碰撞碰撞离子散射光谱法研究氧化钇稳定氧化锆单晶的金属生长结构

• 发表时间: 2004
• 期刊: Extended Abstracts of the 2004 International Conference on Solid State Devices and Materials, Tokyo
• 作者: Akira Saito;Ken Shimizu;Masakazu Aono;Yuji Kuwahara et al.
• 通讯作者: Yuji Kuwahara et al.

Structure of Atomically Smoothed LiNbO3 (0001) Surface

原子平滑 LiNbO3 (0001) 表面的结构

• 发表时间: 2004
• 期刊: Jpn.J.Appl.Phys. 43,4B
• 作者: Akira Saito;Hideo Matsumoto;Yuji Kuwahara;Masakazu Aono et al.
• 通讯作者: Masakazu Aono et al.