超高真空極低温微小領域抵抗測定装置の開発

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近年の超高真空技術の発展により、固体表面に形成される物質を精密物性科学として議論できるようになってきた。そこで物性測定装置の一つとして、本研究では、超高真空中で清浄表面を加工することによって作製された試料の抵抗測定を極低温超高真空中で行うことができる装置を開発した。開発において最初に重要であったのは、全体の設計である。効率のよい測定を目指して、試料導入室、超高真空試料作製室、クライオスタット室を自由に試料が行き来できる設計とした。実験では、大気から導入室に導入した単結晶表面を、超高真空試料作製室で清浄化加工して、そのまま超高真空中をクライオスタットに搬送する。クライオスタット中では、電極を試料に押しつけ、室温から極低温までの抵抗測定を行うことができるようにした。試料移動機構のうち、試料を超高真空中で室温から極低温のクライオスタットに輸送する部分には、電極を取り出すための簡便さを考えて、ベロー式直線移動方式を採用した。さらに、抵抗測定のために、ピエゾ素子を用いて試料表面に微細電極を押しつける機構を開発した。この設計は、超高真空極低温走査トンネル顕微鏡の応用であり、オームギアとステップモーターによる粗動機構と円筒型ピエゾ素子による微動機構を組合わせることにより、mmの粗動からnmの微動までを制御した。また、装置開発と平行して、金属やガスが吸着した半導体や金属表面試料の作製法、極低温での精密な走査トンネル分光法、極低温での微細な系の抵抗測定方法などを開発し、電気伝導や磁性の測定を行った。