金属絶縁体転移及び磁性体薄膜を用いたカシミール力の制御と斥力化に関する研究

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本年度は金属-絶縁体転移を示す試料であるマグネタイトとAu球形探針との間に働くカシミール力の距離依存性の測定を行い、金属-絶縁体転移を用いたカシミール力のNEMS応用に向けて、Si-Au球形探針の場合の測定結果との比較を行った。マグネタイトは約125 K前後の温度において、金属-絶縁体転移を示す材料であり、カシミール力は材料の伝導率・誘電率に依存している。よって、マグネタイトの金属-絶縁体転移によるカシミール力の変化を利用したアクチュエーターといったMEMS分野での応用が期待される。ナノスケールにおけるカシミール力の測定では、表面粗さによって探針と試料の接触位置の決定が困難になる問題や、カシミール力の解析が困難になる問題が生じるため、表面粗さの影響を抑えた測定が求められる。このため、単原子層レベルで清浄かつ平坦なマグネタイト表面を作製し、周波数変調方式原子間力顕微鏡を用いて測定を行った。400 nm以下の距離においてSi試料を用いた場合の測定結果と比較したところ、カシミール力が30 nmの距離では30 %程度小さいことを確認した。これは用いたマグネタイト試料が、理想的な完全導体間のカシミール力の条件から離れた系となっているためと考えられる。このことから、マグネタイトの金属-絶縁体転移前後においても伝導率・誘電率の変化によってカシミールが可変できると考えられる。昨年度は北海道胆振東部地震とそれに伴う全域停電の影響により遅れが生じたため、今年度は金属-絶縁体転移を示す試料であるマグネタイトとAu球形探針との間に働くカシミール力を中心に研究を進めた。結果、金属-絶縁体転移が見られる清浄表面を用いて測定を行うことができ、Si試料との比較から誘電率の差による力の大きさの違いを示したことは、金属-絶縁体転移を用いたカシミール力のNEMS応用に繋がる知見を示すに至ったと考えている。