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原子・分子を、見て、測って、操作する
ナノスケール科学技術の開拓

富取研究室 TOMITORI Laboratory
教授:富取 正彦(Tomitori Masahiko)

E-mail:tomitorijaist.ac.jp
[研究分野]
固体物理、表面科学、ナノイメージング・計測、ナノ力学
[キーワード]
ナノプローブ、走査型プローブ顕微鏡、電子分光・顕微鏡、半導体、酸化物、単分子デバイス、水、接合形成、機器開発

研究を始めるのに必要な知識・能力

科学技術や、自然現象に対する旺盛な好奇心。それを実験・研究を通して体感し、体系づけて捉えようとする姿勢。論理的表現力や主体的にものを考える習慣。物理学の基礎、さらには、化学、工学、電気回路、機械加工技術、メカトロニクス技術、真空技術などがあれば鬼に金棒。

この研究で身につく能力

原子・分子の概念に基づく、自然現象や科学技術に対する深い洞察力。科学リテラシー。
ナノサイエンス、ナノテクノロジー、固体物理学、表面科学の基礎と応用力。半導体、酸化物、分子などの材料科学の知識。
ナノスケールのイメージング技術、計測技術など、物性物理実験技術。薄膜、ナノ構造作製技術。
さらには、機器分析技術、機器設計・製作および修理技術、電気回路技術、機械・ナノスケール加工技術、メカトロニクス技術、超高真空技術、電子・イオンビーム技術など。

【就職先企業・職種】 製造業、材料関連、分析、機器開発、情報関連

研究内容

「顕微鏡法・分光法の研究開発、それに基づく固体表面構造と電子状態のナノスケール観察・解析により、先鋭的テクノロジーを産み出すナノマテリアルの創製へ」

■目で見えない世界を可視化する Tip Science(ナノプローブ科学)の開拓 (高分解能・高機能顕微鏡法の開発)

 超高真空中(10-11Torr)や、ガス雰囲気、水中で稼働する走査型プローブ顕微鏡(SPM、(走査型トンネル顕微鏡:STM、原子間力顕微鏡:AFM))などの 「原子スケールで鋭利な針(探針: プローブ)を利用する表面顕微鏡法」 を中心として、装置・手法を新たに模索・開発します。それらを活用して、固体表面の構造や電子状態を原子スケールで解析します。また、量子力学的トンネル現象である電界電子放射現象などを利用して、針状試料先端の原子配列、組成やその電子状態を調べ、SPMのプローブ開発に資するとともに、その特性を利用した表面解析法を開発し、電子トンネル・波動性に由来する現象の理解を深めます。

■ナノスケールでの半導体、金属、酸化物表面、分子吸着表面の創製、原子スケール解析、量子効果の電子分光学的解析

 特異な結晶構造・ヘテロ構造に基づくナノ構造の創製をめざします。SPMや他の高分解能顕微鏡法を利用して、それらの表面や成長の様子を原子スケールで観察し、あわせて電子状態を解析します。水をはじめとした分子と固体表面の相互作用、ナノスケールの接合形成、酸化物薄膜成長の新奇手法の開発も進めます。電界電子放射による局所電子励起、ナノプローブ法による力学的励起や光励起と表面顕微分光法を複合化して活用し、表面・界面で発現する原子・分子の移動や反応、電荷移動現象などの魅惑的な物性を探究します。

■個々の原子・分子を対象とした科学技術「ナノ力学」を構築

 絶縁体材料にも適応でき、原子分解能を有する非接触原子間力顕微鏡(noncontact (nc)-AFM)を活用して、プローブ先端原子と試料原子や分子との間に働く微弱な力を計測・制御する技術(ナノプローブテクノロジー)を土台に、原子や分子をナノ力学に基づいてイメージング・計測・操作・組み立てる研究分野(原子・分子のナノ力学)を開拓します。この手法によって、個々の原子・分子の表面反応を発現させ、その相互作用力を解析し、「次世代の原子・分子の科学技術」 を構築します。

主な研究業績

  1. T. Nishimura, A. Sasahara, H. Murata, T. Arai and M. Tomitori: “Thermal transformation of 4,4”-diamino-p-terphenyl on a Si(111)-7×7 surface analyzed by X-ray photoemission spectroscopy and scanning tunneling microscopy”, J. Phys. Chem. C 118 (2014) 25104-25109.
  2. A. Sasahara, Chi Lun Pang and M. Tomitori: “Atomic scale analysis of ultrathin SiO2 films prepared on TiO2(100) surfaces”, J. Phys. Chem. C 114 (2010) 20189-20194.
  3. T. Arai and M. Tomitori: “A Si nanopillar grown on a Si tip by atomic force microscopy in ultrahigh vacuum for a high-quality scanning probe”, Appl. Phys. Lett. 86 (2005) 073110 (3 pages).

使用装置

超高真空走査型トンネル顕微鏡
超高真空非接触原子間力顕微鏡
雰囲気制御非接触原子間力顕微鏡
液中非接触原子間力顕微鏡
走査型オージェ電子分光顕微鏡

研究室の指導方針

科学的基礎学力や専門力はもちろん、科学技術を背景にしたコミュニケーション力が大切です。異なる分野の人に自分の研究の意味を分かりやすく話す力、相手の話す内容を真摯に聞き、自分の理解を自分の言葉で相手に伝える力。これが、創造的仕事をする上で必要で、自分と社会の接点を捉える助けとなり、夢の実現に繋がります。また、大学は学問をするところ。学問は、言うなれば過去の偉人達とのコミュニケーションです。彼らが何を考え、困難をどう突破してきたかに思いを馳せながら勉強することは、時間を超越したコミュニケーションです。

[研究室HP] URL:http://www.jaist.ac.jp/ms/labs/kkk/Tlab/Tlab_home-j.html

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