修 士 論 文 の 和 文 要 旨
大学院 電気通信学研究科 博士前期課程 量子・物質工学専攻
氏 名 田辺 綾乃 学籍番号 0433029
論 文 題 目 グラファイト基板上の4
He吸着膜の界面摩擦
当研究室では界面摩擦のメカニズムをミクロな視点から探ることを目的に,グラフ
ァ イ ト 基 板 上 に お け る4
He吸 着 膜 の 界 面 摩 擦 の 研 究 を 行 な っ て い る .こ れ ま で の 研 究
は 主 に 2原 子 層 ,3原 子 層 膜 に つ い て 行 な わ れ て き た .本 研 究 は 吸 着 膜 の 構 造 が 明 ら か
に さ れ て い る 単 原 子 層 膜 で の 界 面 摩 擦 の 解 明 を 目 的 と し て い る .
界 面 摩 擦 の 測 定 に は 水 晶 マ イ ク ロ バ ラ ン ス (QCM)法 を 用 い た .測 定 の 原 理 は 水 晶 振
動 子 の 共 振 周 波 数 が そ の 質 量 に よ っ て 変 化 す る こ と を 利 用 し て い る .す な わ ち ,水 晶
振 動 子 に４
Heが 吸 着 さ れ る と 水 晶 振 動 子 の 質 量 が 増 加 し 共 振 周 波 数 は 減 少 し ,逆 に 吸
着 膜 が 基 板 に 対 し ス リ ッ プ す る と 共 振 周 波 数 は 減 少 す る .試 料 は 2MHz,4MHz,5MHz水 晶
振 動 子 の 電 極 に グ ラ フ ォ イ ル を 圧 着 し て 作 成 し た .グ ラ フ ォ イ ル は 大 き な 比 表 面 積 を
持 つ グ ラ フ ァ イ ト 基 板 で ,原 子 ス ケ ー ル で 平 坦 な 物 質 の た め 摩 擦 力 の 測 定 に 適 し て い
る .測 定 は 温 度 領 域 0.8∼ 4Kで 行 い ,徐 々 に４
He吸 着 膜 の 面 密 度 を 増 し な が ら 共 振 周 波
数 と Q値 の 温 度 依 存 を 測 定 し た .単 原 子 層 の4
Heは 約 3K以下で5∼8atoms/nm2
では基板に
対 し て 整 合 で あ り , 8atoms/nm2
以 上 で は 不 整 合 で あ る .以 前 行 な わ れ た 5MHz水 晶 振 動
子 を 用 い た 基 板 振 動 1.0∼ 0.12nmの 測 定 で は 2原
子 層 以 上 で 低 温 に か け て ス リ ッ プ が 観 測 さ れ た
が ,単 原 子 層 で は 共 振 周 波 数 の 温 度 変 化 に 面 密 度
に よ る 違 い は 観 測 さ れ な か っ た .
図 に は 2MHz水 晶 振 動 子 を 用 い た 基 板 振 幅
1.6nm,0.1nmで の 共 振 周 波 数 の 温 度 変 化 を 示 す .
本 測 定 で は 基 板 振 幅 が 大 き い 1.6nmの 場 合
9.4atoms/nm2
か ら 高 温 か ら 低 温 に か け て ス リ ッ
プ が 観 測 さ れ る .吸 着 膜 が 基 板 に 対 し て 不 整 合 層
に な っ た こ と で 摩 擦 力 が 低 下 し た た め と 考 え ら
れ る .次 に 基 板 振 幅 0.1nmで は 5.4atoms/nm2
か ら
高 温 か ら 低 温 に か け て 共 振 周 波 数 の 減 少 が 見 ら
れ ,こ れ は 吸 着 膜 が 整 合 層 に な っ た た め 摩 擦 力 が
増 加 し た こ と を 示 唆 す る .
以 上 よ り 大 振 幅 で は 不 整 合 層 に お い て 摩 擦 の
減 少 に よ る ス リ ッ プ が 観 測 さ れ ,小 振 幅 で は 整 合
層 お よ び 不 整 合 層 に お い て 摩 擦 力 の 増 加 が 観 測
さ れ ,吸 着 膜 の 構 造 と 界 面 摩 擦 に 密 接 な 関 係 が あ
る こ と が 明 ら か に な っ た .
図 4
He吸 着 膜 の 各 面 密 度 に 対 す る 共 振 周 波 数 の 温 度
変 化 .図 中 の 数 字 は 面 密 度 (atoms/nm2
).
