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金ナノクラスターの創製と単電子効果の計測
物質・材料研究機構 ナノ計測センター 藤田大介
自己組織化単分子膜（Self Assembled Monolayer: SAM）上における Au ナノクラスターの創 製と単電子トンネル効果（SET）に関連するナノ量子効果について紹介する。トンネル障壁によ り電気的に外部回路につながったメタリックなナノクラスターでは１個の電子の注入・抽出によ る静電エネルギー変化が～100meV オーダーになるため、電子輸送において有限エネルギーが必 要になる。極微な構造において顕著に発現する現象であり、典型的メゾスコピック効果である。 図1(a)に示すように、Au(111)基板上に作製したジチオール分子 SAM 上にサイズ（直径～1nm） の揃った Au ナノクラスターを創製することができる[1]。このような基板とトンネル障壁により 絶縁されたAu ナノクラスターを Au 探針により計測する配置は典型的な SET 構造である。実際、 低温環境においてトンネル分光することによりSET 効果によるクーロンステアケース（Coulomb Staircase：電子が一個ずつ段階的に Au ナノクラスターに収容・抽出される過程）の計測に成功 し（図1(b)参照）、理論モデルとの対応が可能となった[2]。その結果、SAM 膜や真空ギャップの 抵抗値、自己静電容量のサイズ依存性などを求めることができる。一方、マクロな計測手法であ るX 線光電子分光法による Au ナノクラスターの内殻準位の観測によれば、光電子放出に起因す るプラスの帯電効果によるピークシフトのサイズ依存性を観測できる［1］。また、トンネルイン ピーダンスを一定値以下に設定することにより、Au ナノクラスターを操作することが可能である （図1(c)参照）。この値は Au ナノクラスターを支える SAM 膜の抵抗にほぼ等しい。このような SAM 膜上の STM ナノクラスター操作技術を用いることによりナノ回路の創製も期待できる。 （本発表は大木泰造氏（筑波大学大学院）との共同研究の成果であり、ここに謝意を表する。） 参考文献：
1)
T. Ohgi and D. Fujita, Phys. Rev. B, 66, 115410 (2002).
2)
T. Ohgi, Y. Sakotsubo, Y. Ootuka and D. Fujita, Appl. Phys. Lett., 84, 604 (2004).
図1 (a) 自己組織化単分子膜上での Au ナノクラスターの創製方法． (b)Au ナノクラスター上
