半導体基板上金属ナノ薄膜における量子化された電子状態と輸送現象

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1.低温型独立駆動4探針STM装置の改良初年度から引き続き、温度可変独立駆動4探針STM装置の改良を進めている。(1)動作安定性の確立;実験前にSTMユニットの低温動作を確認する機構を確立。低温で接触が不安定だった探針ホルダーのシグナル線のコンタクト部形状を改良。(2)STMステージ冷却性能の改善;最低到達温度維持時間を増やすため、タンク周囲にシール等を導入。フロー式で温度調節を可能にするため、熱アンカーを導入。(3)SEMの分解能向上;2次電子検出器の代わりにマイクロチャンネルプレートを導入。(4)ヘッドアンプの改良;差動増幅回路を設計、導入。その他、試料準備室の改良、共振周波数の解析等を行った。当研究室はJSTの「先端計測分析技術・機器開発事業プロトタイプ実証・実用化プログラム」に参画しており、プロトタイプ機として、実証機に搭載する諸機能のテストも行った。2.擬1次元的表面超構造上に作成した異方的電子状態を持つ金属量子薄膜の輸送特性測定半導体基板上に作成された、膜厚が数nm程度のエピタキシャルな金属超薄膜は、量子サイズ効果を示すことが知られている。以前我々は、等方的なSi基板上においた異方的表面超構造(Si(111)4×1-In)により、その上に成長させる銀薄膜の量子化準位の電子物性を擬1次元的にできることを、角度分解光電子分光を用いて発見した。昨年度はこの系の4探針電気伝導度を、低温型独立駆動4探針STM装置で測定し、輸送特性においても有意な異方性を検出した。電気伝導度の異方性の起源として、緩和時間の異方性と電子の状態密度(DOS)の異方性が考えられる。前者は薄膜内部の欠陥や表面界面散乱に由来し、後者は量子井戸状態のフェルミ面や分散関係の異方性で説明できる。今回の測定の結果、輸送特性の異方性は主に後者の電子状態密度の異方性に依る事が判明し、当初の目的通り、界面構造を変化させることで、DOSを制御し、結果的に薄膜量子井戸の輸送特性も制御できることを示した。