力学的原子操作組立技術の開発と新ナノ構造体の創成

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力学的原子操作には、探針-試料原子間が数Åの距離で働く短距離相互作用力の制御が重要となるが、この短距離相互作用力は探針先端の原子レベルの構造に強く依存することが知られている。しかしながら、探針先端構造の知見を得るための高い再現性を有する相互作用力測定(フォース・スペクトロスコピー)は、実験的な困難を伴っていたため現在まで探針先端の構造に関する理解は深く行われてこなかった。本研究では80Kという低温環境下で、Ge(111)-c(2x8)再構成表面上のGeアドアトム、レストアトム上におけるフォース・スペクトロスコピーを、原子レベルの高い位置精度で安定に行うことに成功した。我々の実験結果とR.Perez(マドリッド自治大学)らの理論計算結果とを比較することで、探針先端の構造を原子レベルで決定できることがわかった。この結果から、今後、より高い精度での力学的原子操作実験の実施や、力学的原子操作時における相互作用力を解析することで原子操作時における原子の挙動が明らかになると考えられる。また我々の研究グループでは、Ge(111)-c(2x8)再構成表面上の最表面にSn原子が埋め込まれた表面上において、室温環境下で探針-試料間相互作用力を制御することでSn原子とGe原子の位置を交換する「交換型原子操作」を用い、原子による文字(ナノ構造体)の作製に成功したが、現在のところ交換型原子操作の機構は解明されていない。本研究では室温だけでなく80Kの低温環境下においても交換型原子操作が可能であることを実験的に明らかにし、また室温での実験結果とは異なり80Kでは交換中の原子位置を検出することが可能であることを見出した。これらの結果から今後、交換型原子操作の機構の解明が可能となることが期待される。