超高感度電気容量測定法の開発による単分子デバイスへの展開

单分子器件超灵敏电容测量方法的开发

• 批准号: 21656011
• 负责人: 新井 豊子
• 金额: $ 2.05万
• 依托单位: Kanazawa University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• 财政年份: 2009
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2009 至 2010
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21656011/
• 关键词: 走査型プローブ顕微鏡; 単分子電気容量; ナノ力学

本研究では、走査型プローブ顕微鏡(SPM)探針先端と試料表面の間に挟持されている1分子の静電容量変化をナノ力学的に測定し電子状態変化を解析する手法を開発すること、その結果に基づいて分子の力学・電子的特性を利用したデバイスの開拓をめざした。SPM観察中に探針を振動させつつ試料に接近させると種々の現象が発現する。探針-試料間の電流変化、力変化が代表例である。その一つにAFMカンチレバーの振動を一定に保つために必要な励振エネルギーがある。その解釈は不明な点も多く議論が続いている。しかし、探針-試料間が1nm程度のときは、探針-試料間の静電容量の時間的変化によって変位電流が流れることはわかっている。この電流が探針-試料系閉回路を流れジュール発熱が起きる。そこで、励振エネルギー変化の高感度測定によって探針-試料間の静電容量を精密測定するシステムを開発した。本システムでは、振動の1サイクルあたり0.01eV以下のエネルギー変化を計測可能である。典型例で換算するとaFオーダの静電容量変化に相当する。このシステムを非接触AFMとして動作させsi(111)7x7表面に応用し、探針先端の状態によって励振エネルギーが原子位置によって変化する様子を捉えた。とくにSiレスト原子上(AFMで窪んで領域として描きだされる)で強い変化を示した。同時に観察された7x7単位胞のコーナーホール(Siレスト原子と同様な窪み)ではその変化はなかった。AFMによるアーティファクトではなく、Siレスト原子の電子状態を介した静電容量変化に起因していると考えられる。探針-試料間距離を徐々に変えて、励振エネルギー、電流、力変化を同時計測し、極近接で起こる急激な励振エネルギー変化を捉えた。これは、2物体が近接したことによって誘起される量子状態の出現に対応すると考えら、デバイス応用への足がかりになるものである。

在这项研究中，我们开发了一种方法来测量扫描探针显微镜（SPM）之间保持单分子的电容变化并分析电子状态的变化，并根据结果，我们旨在开发利用分子机械和电子特性的设备。当探针在观察SPM时接近样品时振动时，会发生各种现象。典型的例子包括探针和样品之间的电流和力变化。其中之一是保持AFM Cantilever常数振动所需的激发能量。解释不清楚，并且有很多辩论。但是，众所周知，当探针样本约为1 nm时，由于探针样本之间的电容的时间变化，位移电流流动。该电流流过探针样本系统的闭路电路，导致焦点热发生。因此，我们开发了一个系统，该系统通过测量激发能量变化的高灵敏度来准确测量探针和样品之间的电容。该系统可以测量每个振动周期的能量变化0.01EV或更少。在一个典型的示例中，它对应于AF顺序的电容变化。该系统作为非接触式AFM操作，并应用于Si（111）7x7表面，并捕获探针尖端状态，该状态根据原子位置的位置改变了激发能量。它显示出很大的变化，尤其是在SI静止原子上（被描述为AFM缩进的区域）。同时观察到的7x7单位细胞的角孔（与Si静止原子相似的凹陷孔）没有变化。据认为，这不是由AFM引起的伪像引起的，而是由于Si静止原子的电子状态的电容变化而引起的。探针和样品之间的距离逐渐更改为同时测量激发能，电流和力变化，以及在极接近时发生的突然激发能变化。这被认为对应于两个物体的接近度引起的量子状态的出现，并且是用于设备应用的垫脚石。

项目成果

π共役系分子で界面制御したSi/有機半導体素子の製作と評価

使用π共轭分子进行界面控制的硅/有机半导体器件的制造和评估

• 发表时间: 2011
• 作者: Ayhan Yurtsever;Ken Nagashima;Daisuke Sawada;Daisuke Sawada;Seizo Morita;Seizo Morita;長嶋剣;Takashi Nishimura;T.Arai;山谷寛;高田真希;作石達哉;西村高志
• 通讯作者: 西村高志

Nanoscale analysis by combined spectroscopies based on non-contact atomic force microscopy under a bias voltage

基于偏压下非接触原子力显微镜的组合光谱纳米级分析

• 发表时间: 2010
• 作者: A. H. Tavabi;S. Arai;S. Muto and T. Tanji;○佐々木正男・山村正樹・鍋島達弥;Toyoko Arai
• 通讯作者: Toyoko Arai

n-conjugated molecules on metal oxide surfaces analyzed by FM-AFM in an environment-controlled atmosphere

在环境控制的气氛中通过 FM-AFM 分析金属氧化物表面上的 n 共轭分子

• 发表时间: 2010
• 作者: Ayhan Yurtsever;Ken Nagashima;Daisuke Sawada;Daisuke Sawada;Seizo Morita;Seizo Morita;長嶋剣;Takashi Nishimura;T.Arai;山谷寛;高田真希;作石達哉;西村高志;小田将人;T.Kondo;西村高志;Takashi Kondo;Zubaida A.Ansari;山谷寛
• 通讯作者: 山谷寛

透明電極基板上π共役分子TPAのSTMによる微視的解析

STM 显微分析透明电极基板上的 π 共轭分子 TPA

• 发表时间: 2011
• 作者: Zeng Lishun;Shinji Mizuno;高田真希,中村翔,山谷寛,山村隆介,鵜飼洋平,川江健,森本章治,米内洋貴,村田英幸,新井豊
• 通讯作者: 高田真希,中村翔,山谷寛,山村隆介,鵜飼洋平,川江健,森本章治,米内洋貴,村田英幸,新井豊

Si単結晶表面上のジアミノターフェニル分子の吸着状態

二氨基三联苯分子在硅单晶表面的吸附状态

• 发表时间: 2009
• 作者: 西村高志;村田英幸;笹原亮;新井豊子;富取正彦
• 通讯作者: 富取正彦