NIMSの重要なタスクの一つは、先端物質・材料の研究と開発です。ナノスケールの構造を有する新材料を創製し、ナノサイズに起因する新規機能を探索するためには、従来概念とは異なるナノ計測技術の確立が求められています。この観点から、私達は多様な物理場操作と融合したナノプローブ計測技術の開発を推進しています。具体的には、ナノ創製技術と融合したナノ解析、外場応答によるナノ構造制御、量子効果の発現する極限環境での機能探索など、“アクティブなナノ計測技術”の開発と応用を行っています。
図1に示すように、極限場操作として極低温・強磁場・極高真空などをナノ計測空間に作り出しながら、多元的ナノ計測を実現する技術を目指しています。例えば、極低温場では、電子波干渉などの量子効果の発現が顕著になりますが、極高真空との複合により高精度のエネルギー状態計測と単原子操作を可能にします。さらに、強磁場は電子状態の量子化や超伝導状態の制御も可能にします。現在、これら3つの極限場操作を複合させた高分解能ナノプローブの開発を行っています。このような高度ナノプローブ技術を利用して、最近、シリコン表面の任意位置に探針先端のタングステン原子を移送することにより、1次元電子波の閉じ込めを原子スケールで実現するとともに、その量子化された状態密度をエネルギー毎にイメージングすることに成功しました（表紙写真上)。量子化状態に対応して極大ピーク数が1つずつ増えていることがわかります。
一方、応力場、可変温度場などはナノ材料の創製と密接に関連しており、ナノ計測との融合により、そのメカニズム解明に役立ちます。例えば、応力場の印加により、ナノドメイン構造や表面反応などの制御が可能になります（図2）。可変温度場では固溶元素の表面析出を利用したナノ創製が可能となり、例えば、低次元ナノカーボンの創製メカニズムの解明が期待されます。
これらの成果をもとに、更にオリジナルなナノプローブ技術を開発することにより、先端ナノマテリアル創製に資する計測技術の開発を加速するとともに、手法の標準化と普及を推進したいと考えています。 |
