平成14～18年度科学研究費（学術創成研究費） 高度界面制御有機・無機複合構造による 量子物性の発現と応用

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1 平成14～18年度科学研究費（学術創成研究費） 高度界面制御有機・無機複合構造による 量子物性の発現と応用
平成14～18年度科学研究費（学術創成研究費） 高度界面制御有機・無機複合構造による 量子物性の発現と応用 研究代表者 斉木幸一朗 （東大 新領域） 研究分担者 青木　秀夫 （東大 理 物理） 島田　敏宏 （東大 理 化学） 上野　啓司 （埼大 理 化学） 佐々木岳彦 （東大 新領域） (H16-　) 有田亮太郎 （東大 理 物理） 研究協力者 中村　榮一 （東大 理 化学） 西原　寛 （東大 理 化学） 木口　学＊ （北大 理 化学） ＊ H14-15 研究分担者

2 研究の背景と目的 “ヘテロ”界面に特有な物性の探索 実験と理論の協奏 半導体へテロ界面 金属へテロ界面 ① へテロ界面の構造制御と電子状態
選択的プローブ，第一原理計算，… ② 有機薄膜の重合と高分子強磁性 有機2次元ネットワーク，平坦バンド強磁性，… ③ 有機 / 無機へテロ接合が発現する量子物性 FET構造電荷注入，光物性，界面超伝導，… 半導体へテロ界面 金属へテロ界面 酸化物へテロ界面 従来のヘテロ界面（物質群共通） 絶縁物 / 金属 有機物 / 金属 = 本研究の対象 （実験） ヘテロ界面作製，界面選択性プローブ （理論） 第一原理計算，多体効果 実験と理論の協奏 高度な界面作製/制御技術 相関設計/制御 多様物質系ヘテロ成長 共有結合，イオン結合 分子性結合，金属結合 電子相関理論 超伝導，光学非線形

3 MIGS - 無機絶縁体/金属界面に特有な電子状態 実験 → 理論
①　へテロ界面の構造制御と電子状態 MIGS　- 無機絶縁体/金属界面に特有な電子状態 　　　　　　　　　　 実験　　　　　→　　 理論 alkali halide / Cu, Ag の 　初めてのエピ成長 元素選択性プローブ　 NEXAFS 第一原理計算 界面１原子層の MIGS を再現 MIGS（金属誘起ギャップ状態） 半導体 / 金属では確立 侵入長∝1/EG insulator 絶縁体では　<< 1Å? 未解決の問題

4 ＭＩＧＳの展開 実空間位置 有機薄膜 / 金属界面 実験 第一原理計算 物性予測 励起子機構超伝導 探索のモデル系 STM / STS
①　へテロ界面の構造制御と電子状態 ＭＩＧＳの展開 実空間位置 有機薄膜 / 金属界面 　実験　 C44H90 (TTC) / Cu (100) NEXAFS 　第一原理計算 (C2H2)n / Cu, Ni (100) 物性予測 励起子機構超伝導 探索のモデル系 LiCl on Cu(100) MIGS STM / STS cf. NEXAFS MIGS = anion 位置に振幅 Kuroki-Aoki model

5 極性面 ↓ (＜10 層) 極性面安定化！ D (EF）: nonzero 第一原理計算 1－3層の超薄膜でも極性面， 表面層は金属
①　へテロ界面の構造制御と電子状態 極性面 第一原理計算 1－3層の超薄膜でも極性面，　表面層は金属　 anion cation 期待される物性 　超活性表面，2次元金属層 不安定で一般には実現困難 MgO, CoO / Ag (111) 極性面強磁性の可能性 有機極性面 O 　　交互供給 Mg 　　　　↓ (＜10 層) 極性面安定化！ D (EF）: nonzero 5.5 D Bucky ferrocene （東大理　中村研　合成）

6 ②　有機薄膜の重合と高分子強磁性 　　　平坦バンド強磁性 理論　　　　　　→　　　　　実験　　　　 平坦バンド強磁性 in 奇数員環鎖 合成実験 （東大理化学　西原研との共同研究） PAT（N,N-ジメチルアミノトリアゾール） モノマー合成：成功 ポリマー化：試行中 N,N-ジメチルアミノピロール： 電解重合に成功 設計物質(PAT) (Arita et al) 強磁性 転移温度 Tc ～ 90K

7 ②　有機薄膜の重合と高分子強磁性 電界誘起重合 重合と強磁性 C60 薄膜の重合 強磁性，高 mobility の期待 光＋電場の協奏による重合の促進 （速度定数　103 増大） 炭素系特異磁性 C60　+　O2　+　laser，H2 C6H6 + Pt (111) (graphene) Laser 照射 C60 in O2 FET mobility の向上 表面分析＋ in situ カー効果測定による発現機構の解明 電界誘起重合体の磁性の探索 電流誘起重合，反応位置制御

8 電界効果電荷注入過程の解明 電界効果トランジスタ (FET) 空乏層，蓄積層の厚さ評価 超薄膜状態（１分子層） FET
③　有機 / 無機へテロ接合が発現する量子物性 電界効果電荷注入過程の解明 電界効果トランジスタ (FET) 　空乏層，蓄積層の厚さ評価 　超薄膜状態（１分子層） FET 　過渡現象　→　伝導機構 In-situ 測定装置 超薄膜FET M KIaq cathode A anode Ta FET 断面 KFM 測定 　界面電荷分布 High-k ゲート絶縁膜 　( 陽極酸化Ta2O5 ) C60　1分子あたり0.25個 KFM測定装置 FET on Ta2O5

9 異質なヘテロ界面の電子状態の実験的・理論的解明
今後の計画・展望 異質なヘテロ界面の電子状態の実験的・理論的解明 新分野創成の基礎

10 研究成果報告書 report 29項目原稿完成（カラー） 全80ページ １０月中配布予定

11 主要購入装置（500万円以上）