How fine can crystal lattice spacing be interpolated? Development of crystal lattice scale with sub-picometer accuracy.

晶格间距可以插值到多细？

基本信息

批准号：
22K18806
负责人：
明田川正人
金额：
$ 4.08万
依托单位：
Nagaoka University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

次の開発を行った。（１）走査型トンネル顕微鏡（STM）を用い、グラファイト結晶表面の2次元格子ベクトルを基準とする2次元変位測定法の開発を行った。これはグラファイトの格子間隔以下の変位を補間する手法である。走査型トンネル顕微鏡（STM）の探針に適切な振幅（例えば格子間隔の半分）を持つ横方向ディザ円運動と直線運動を加えたときに1周期内のディザ円運動上の任意の6点のトンネル電流情報の組から直線運動の変位（変位の向きと大きさ）を補間算出する手法を見出した。さらにこの6点の組をディザ1周期内で多数利用可能で、この多数組の変位情報の平均化で信号雑音比を向上でき、おおよそ格子間隔の1/100以下の補間（約2pm）が可能なことを理論的に解明した。多数組の組数はディザの周期、STMの電流電圧変換回路の帯域、STMのデータサンプリング間隔に依存するが、現状のSTMで5kHzのディザ周波数で100組は取得可能である。（２）上の（１）の手法を実験的に証明するために、干渉計を組込んだSTMを開発中である。干渉計は（１）の手法で求めた2次元変位を比較するため、あるいは干渉計自体の非線形不確かさを測定するために設置する。干渉計はヘテロダイン方式とし4倍光路差のものを設計製作した。STM自体は外乱振動や熱変形を防ぐために低熱膨張材で構成した。特に干渉計の測定方向の変位およびSTMの試料の走査を精度良く生み出すために高剛性の平行バネ案内を持つ圧電素子ステージをSTMに組み込んだ。高速論理回路FPGAにより、STMの探針試料間のフィードバック制御、上の（１）のための演算処理を行うソフトウェアを開発した。

进行了以下发展。（1）使用基于石墨晶体表面上的二维晶格载体的扫描隧道显微镜（STM）开发了二维位移测量方法。这是一种在晶格间距下方插值位移的技术。我们找到了一种方法，可以在一个周期内在抖动圆圈运动的任何六个点上的一组隧道当前信息中线性运动的位移（位移的方向和大小）在一个抖动圆圈运动的任何六个点上进行插值，当时将带有适当振幅的侧面抖动圆圈运动（例如，一半的晶格间距）应用于扫描的探测到扫描式隧道隧道显微镜（STM）的探测。此外，我们从理论上解释说，这些六点组中的许多可以在一个抖动期内使用，并且可以通过平均多个集合的位移信息来提高信号 - 噪声比，并且大约1/100的晶格间距（大约2 pm）的插值（约2 pm）可能是可能的。大数中的对数取决于抖动的周期，STM的电流转换电路的频带以及STM的数据采样间隔，但是可以在当前STM中以5kHz的抖动频率获得100对。（2）为了实验证明上述方法（1），目前正在开发具有干涉仪的STM。安装干涉仪以比较由方法（1）确定的二维位移或测量干涉仪本身的非线性不确定性。干涉仪是使用具有四倍光路差的杂化方法设计和制造的。 STM本身由低热膨胀材料制成，以防止干扰振动和热变形。特别是，将具有高刚性平行弹簧导向的压电元件阶段合并到STM中，以在测量方向和STM样品的扫描中准确地产生干涉仪的位移。使用高速逻辑电路FPGA开发了用于（1）中（1）中（1）中探针样本之间的反馈控制的软件。