JP3118813B2 - 走査型トンネル電子顕微鏡 - Google Patents
走査型トンネル電子顕微鏡Info
- Publication number
- JP3118813B2 JP3118813B2 JP02143088A JP14308890A JP3118813B2 JP 3118813 B2 JP3118813 B2 JP 3118813B2 JP 02143088 A JP02143088 A JP 02143088A JP 14308890 A JP14308890 A JP 14308890A JP 3118813 B2 JP3118813 B2 JP 3118813B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- probe
- electron microscope
- sample
- scanning tunneling
- momentum
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Measuring Leads Or Probes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、走査型トンネル電子顕微鏡に関し、例えば
物質表面の電子状態の測定に用いて好適なものである。
物質表面の電子状態の測定に用いて好適なものである。
本発明は、走査型トンネル電子顕微鏡において、板状
でかつ尖った先端部を有する探針を用いることによっ
て、物質表面の電子のエネルギーばかりでなく、その運
動量についての知見も得ることができるようにしたもの
である。
でかつ尖った先端部を有する探針を用いることによっ
て、物質表面の電子のエネルギーばかりでなく、その運
動量についての知見も得ることができるようにしたもの
である。
走査型トンネル電子顕微鏡は、ビーニッヒとローラー
とにより開発されて以来、より一層の高性能化が進めら
れているとともに、様々な分野の研究に利用されてい
る。
とにより開発されて以来、より一層の高性能化が進めら
れているとともに、様々な分野の研究に利用されてい
る。
この走査型トンネル電子顕微鏡においては、第７図に
示すように、先端の曲率半径ρが500Å程度の尖った探
針101を用いる。そして、第８図に示すように、この探
針101の先端を試料102の表面に接近させた状態でこの探
針101をこの表面に沿って走査することにより、この試
料102の表面の構造を１原子もしくはそれ以下の空間分
解能で測定したり、試料102の表面の電子のエネルギー
を0.1eV程度の高いエネルギー分解能で測定したりする
ことができる。
示すように、先端の曲率半径ρが500Å程度の尖った探
針101を用いる。そして、第８図に示すように、この探
針101の先端を試料102の表面に接近させた状態でこの探
針101をこの表面に沿って走査することにより、この試
料102の表面の構造を１原子もしくはそれ以下の空間分
解能で測定したり、試料102の表面の電子のエネルギー
を0.1eV程度の高いエネルギー分解能で測定したりする
ことができる。
しかし、走査型トンネル電子顕微鏡を用いてこれまで
に得られた研究成果は、原子の結合エネルギーの測定、
異種物質種の同定、物質表面の３次元形状の推定など、
全て電子のエネルギーの測定に基づくものである。言い
方を換えれば、従来の走査型トンネル電子顕微鏡におい
ては、電子のｋ空間における情報、すなわち電子の運動
量についての知見は全く得られない。電子の状態は、エ
ネルギーと運動量とが与えられて初めて完全に規定され
るのであるから、従来の走査型トンネル電子顕微鏡はこ
の点で不完全であると言える。
に得られた研究成果は、原子の結合エネルギーの測定、
異種物質種の同定、物質表面の３次元形状の推定など、
全て電子のエネルギーの測定に基づくものである。言い
方を換えれば、従来の走査型トンネル電子顕微鏡におい
ては、電子のｋ空間における情報、すなわち電子の運動
量についての知見は全く得られない。電子の状態は、エ
ネルギーと運動量とが与えられて初めて完全に規定され
るのであるから、従来の走査型トンネル電子顕微鏡はこ
の点で不完全であると言える。
従って本発明の目的は、物質表面の電子のエネルギー
ばかりでなく、その運動量についての知見も得ることが
できる走査型トンネル電子顕微鏡を提供することにあ
る。
ばかりでなく、その運動量についての知見も得ることが
できる走査型トンネル電子顕微鏡を提供することにあ
る。
第８図に示すように、従来の走査型トンネル電子顕微
鏡においては、探針101の先端とこの先端に最も近い部
分の試料102の表面との間にトンネル電流が流れる。符
号103はこのトンネル電流が流れる領域を示す。この場
合、探針101の先端とこの先端に最も近い部分の試料102
の表面との間の電気力線の分布は、この探針101がその
軸に関して対称であることにより、この探針101の軸に
関して対称となる。これに対応して、トンネル電流が流
れる領域103の形状は、第９図に示すように円形とな
る。そして、この場合には、第９図に示すように、トン
ネル電流が流れる領域103のｘ軸方向及びｙ軸方向の大
きさΔｘ′、Δｙ′は等しい。従来の走査型トンネル電
子顕微鏡においては、これらのΔｘ′、Δｙ′の値を３
Å程度とすることができる。
鏡においては、探針101の先端とこの先端に最も近い部
分の試料102の表面との間にトンネル電流が流れる。符
号103はこのトンネル電流が流れる領域を示す。この場
合、探針101の先端とこの先端に最も近い部分の試料102
の表面との間の電気力線の分布は、この探針101がその
軸に関して対称であることにより、この探針101の軸に
関して対称となる。これに対応して、トンネル電流が流
れる領域103の形状は、第９図に示すように円形とな
る。そして、この場合には、第９図に示すように、トン
ネル電流が流れる領域103のｘ軸方向及びｙ軸方向の大
きさΔｘ′、Δｙ′は等しい。従来の走査型トンネル電
子顕微鏡においては、これらのΔｘ′、Δｙ′の値を３
Å程度とすることができる。
本発明者は、従来の探針101がその軸に関して対称で
あり、トンネル電流が流れる領域103が円形となること
が、従来の走査型トンネル電子顕微鏡において電子のｋ
空間の情報を得ることができない理由であると考え、本
発明を案出するに至った。
あり、トンネル電流が流れる領域103が円形となること
が、従来の走査型トンネル電子顕微鏡において電子のｋ
空間の情報を得ることができない理由であると考え、本
発明を案出するに至った。
すなわち、上記目的を達成するために、本発明は、板
状でかつ尖った先端部を有する探針を用い、該探針と試
料との間に流れるトンネル電流が非対称となることを利
用して電子の運動量を検出することを特徴とする走査型
トンネル電子顕微鏡である。
状でかつ尖った先端部を有する探針を用い、該探針と試
料との間に流れるトンネル電流が非対称となることを利
用して電子の運動量を検出することを特徴とする走査型
トンネル電子顕微鏡である。
また、本発明は、板状でかつ尖った先端部を有する探
針を用い、該探針と試料とを相対的に回転させて電子の
運動量を検出することを特徴とする走査型トンネル電子
顕微鏡である。
針を用い、該探針と試料とを相対的に回転させて電子の
運動量を検出することを特徴とする走査型トンネル電子
顕微鏡である。
上述のように構成された本発明の走査型トンネル電子
顕微鏡によれば、探針（１）はその軸は関して非対称で
あるので、この探針（１）の先端と試料（２）の表面と
の間をトンネル電流が流れる領域（３）の形状もこの探
針（１）の軸に関して非対称となる。この結果、試料
（２）の表面の電子は、この探針（１）の板面に垂直な
方向に大きな運動量を持つようになる。従って、この探
針（１）をその軸の回りに回転させてこの軸に垂直なあ
る基準の方向と探針（１）の板面に平行な方向とのなす
角を変えることにより、物質表面の電子の運動量につい
ての知見を得ることができる。
顕微鏡によれば、探針（１）はその軸は関して非対称で
あるので、この探針（１）の先端と試料（２）の表面と
の間をトンネル電流が流れる領域（３）の形状もこの探
針（１）の軸に関して非対称となる。この結果、試料
（２）の表面の電子は、この探針（１）の板面に垂直な
方向に大きな運動量を持つようになる。従って、この探
針（１）をその軸の回りに回転させてこの軸に垂直なあ
る基準の方向と探針（１）の板面に平行な方向とのなす
角を変えることにより、物質表面の電子の運動量につい
ての知見を得ることができる。
以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら
説明する。
説明する。
この実施例においては、第２図及び第３図に示すよう
な探針１を用いる。第２図及び第３図に示すように、こ
の探針１は、二等辺三角形状の薄い金属板から成り、そ
の先端は尖った形状を有する。ここで、この探針１の厚
さｔは例えば100〜300Å程度、この探針１の先端の曲率
半径ρは例えば500〜1000Å程度である。
な探針１を用いる。第２図及び第３図に示すように、こ
の探針１は、二等辺三角形状の薄い金属板から成り、そ
の先端は尖った形状を有する。ここで、この探針１の厚
さｔは例えば100〜300Å程度、この探針１の先端の曲率
半径ρは例えば500〜1000Å程度である。
この実施例においては、第２図及び第３図に示すよう
な探針１を用い、第１図に示すように、この探針１を試
料２の表面に接近させる。ここでは、探針１の板面に垂
直な方向及び平行な方向にそれぞれｘ軸、ｙ軸をとる。
この場合、探針１の先端と試料２の表面との間の電気力
線の分布は、この探針１が偏平であり、その軸に関して
非対称であることに対応して、この探針１の軸に関して
非対称となっている。そして、これに対応して、探針１
の先端とこの先端に最も近い部分の試料２の表面との間
をトンネル電流が流れる領域３の形状も探針１の軸に関
して非対称となる。具体的には、この場合のトンネル電
流が流れる領域３の形状は、第４図に示すように、探針
１の板面に平行な方向、すなわちｙ軸方向に長軸を有す
る楕円となる。
な探針１を用い、第１図に示すように、この探針１を試
料２の表面に接近させる。ここでは、探針１の板面に垂
直な方向及び平行な方向にそれぞれｘ軸、ｙ軸をとる。
この場合、探針１の先端と試料２の表面との間の電気力
線の分布は、この探針１が偏平であり、その軸に関して
非対称であることに対応して、この探針１の軸に関して
非対称となっている。そして、これに対応して、探針１
の先端とこの先端に最も近い部分の試料２の表面との間
をトンネル電流が流れる領域３の形状も探針１の軸に関
して非対称となる。具体的には、この場合のトンネル電
流が流れる領域３の形状は、第４図に示すように、探針
１の板面に平行な方向、すなわちｙ軸方向に長軸を有す
る楕円となる。
この実施例においては、トンネル電流が流れる領域３
のｘ軸方向及びｙ軸方向の大きさをそれぞれΔｘ、Δｙ
とすると、Δｘ＜３ÅΔｙとすることができる。
のｘ軸方向及びｙ軸方向の大きさをそれぞれΔｘ、Δｙ
とすると、Δｘ＜３ÅΔｙとすることができる。
トンネル電流を担う電子のｘ軸方向及びｙ軸方向の運
動量をそれぞれpx,pyとすると、これらの運動量px,pyの
不確定性Δpx,Δpyの間には、不確定性原理により、 Δpx（h/Δｘ）Δpy の関係が成立する。ただし、ｈはプランク定数である。
試料２の格子定数をａとすると、Δｘａであり、従っ
て上式のh/Δｘh/aである。
動量をそれぞれpx,pyとすると、これらの運動量px,pyの
不確定性Δpx,Δpyの間には、不確定性原理により、 Δpx（h/Δｘ）Δpy の関係が成立する。ただし、ｈはプランク定数である。
試料２の格子定数をａとすると、Δｘａであり、従っ
て上式のh/Δｘh/aである。
上式からわかるように、この場合には、ｘ軸方向の運
動量pxの不確定性Δpxが大きくなるため、探針１の先端
の近傍の試料２の表面の電子は、ブリルアンゾーン端に
おける運動量程度もしくはそれ以上の運動量をｘ軸方
向、すなわち探針１の板面に垂直な方向に持つことにな
る。従って、探針１をその軸の回りに回転させて例えば
ｘ軸方向とこの探針１の板面に平行な方向とがなす角θ
を変えることにより、試料２の伝導帯を形成するサブバ
ンドの特性、すなわちΓ点,X点,L点などについての知見
を得ることができる。これは遷移行列〈f|M|i〉（この
２乗がトンネル電流に相当する）が終状態ｆ（今、これ
をトンネル中の異方性の高い電子状態とする）と始状態
ｉとの直交性に敏感であることを利用している。例え
ば、ブリルアンゾーンの中心であるΓ点については角θ
によらないが、Ｘ点についての知見は探針１の板面に垂
直な方向が試料２の〈100〉方向に一致した時に得ら
れ、Ｌ点についての知見は探針１の板面に垂直な方向が
試料２の〈110〉方向に一致した時に得られる。
動量pxの不確定性Δpxが大きくなるため、探針１の先端
の近傍の試料２の表面の電子は、ブリルアンゾーン端に
おける運動量程度もしくはそれ以上の運動量をｘ軸方
向、すなわち探針１の板面に垂直な方向に持つことにな
る。従って、探針１をその軸の回りに回転させて例えば
ｘ軸方向とこの探針１の板面に平行な方向とがなす角θ
を変えることにより、試料２の伝導帯を形成するサブバ
ンドの特性、すなわちΓ点,X点,L点などについての知見
を得ることができる。これは遷移行列〈f|M|i〉（この
２乗がトンネル電流に相当する）が終状態ｆ（今、これ
をトンネル中の異方性の高い電子状態とする）と始状態
ｉとの直交性に敏感であることを利用している。例え
ば、ブリルアンゾーンの中心であるΓ点については角θ
によらないが、Ｘ点についての知見は探針１の板面に垂
直な方向が試料２の〈100〉方向に一致した時に得ら
れ、Ｌ点についての知見は探針１の板面に垂直な方向が
試料２の〈110〉方向に一致した時に得られる。
以上のように、この実施例によれば、従来の走査型ト
ンネル電子顕微鏡と同様な１原子もしくはそれ以下の高
い空間分解能と0.1eV程度の高いエネルギー分解能とに
加えて、ｋ空間の情報、すなわち電子の運動量について
の知見を得ることができるようになる。
ンネル電子顕微鏡と同様な１原子もしくはそれ以下の高
い空間分解能と0.1eV程度の高いエネルギー分解能とに
加えて、ｋ空間の情報、すなわち電子の運動量について
の知見を得ることができるようになる。
以上、本発明の実施例につき具体的に説明したが、本
発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発
明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発
明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、第５図に示すように、探針１の両側を絶縁体
４で挟んで全体を円錐状としたものや、第６図に示すよ
うに、探針１の両側をこの探針１と同一形状の絶縁体４
で挟んだものを用いることも可能である。
４で挟んで全体を円錐状としたものや、第６図に示すよ
うに、探針１の両側をこの探針１と同一形状の絶縁体４
で挟んだものを用いることも可能である。
以上述べたように、本発明によれば、板状でかつ尖っ
た先端部を有する探針を用いるため、物質表面の電子の
エネルギーばかりでなく、その運動量をも高い分解能で
測定することができる。
た先端部を有する探針を用いるため、物質表面の電子の
エネルギーばかりでなく、その運動量をも高い分解能で
測定することができる。
第１図は本発明の一実施例を示す斜視図、第２図は本発
明の一実施例において用いられる探針を示す斜視図、第
３図は本発明の一実施例において用いられる探針を示す
平面図、第４図は本発明の一実施例において探針の先端
と試料の表面との間にトンネル電流が流れる領域の形状
を示す平面図、第５図は探針の他の例を示す斜視図、第
６図は探針のさらに他の例を示す斜視図、第７図は従来
の走査型トンネル電子顕微鏡において用いられる探針を
示す斜視図、第８図は従来の走査型トンネル電子顕微鏡
を示す斜視図、第９図は従来の走査型トンネル電子顕微
鏡において探針の先端と試料の表面との間をトンネル電
流が流れる領域の形状を示す平面図である。 図面における主要な符号の説明 1:探針、2:試料、3:トンネル電流が流れる領域。
明の一実施例において用いられる探針を示す斜視図、第
３図は本発明の一実施例において用いられる探針を示す
平面図、第４図は本発明の一実施例において探針の先端
と試料の表面との間にトンネル電流が流れる領域の形状
を示す平面図、第５図は探針の他の例を示す斜視図、第
６図は探針のさらに他の例を示す斜視図、第７図は従来
の走査型トンネル電子顕微鏡において用いられる探針を
示す斜視図、第８図は従来の走査型トンネル電子顕微鏡
を示す斜視図、第９図は従来の走査型トンネル電子顕微
鏡において探針の先端と試料の表面との間をトンネル電
流が流れる領域の形状を示す平面図である。 図面における主要な符号の説明 1:探針、2:試料、3:トンネル電流が流れる領域。
Claims (2)
- 【請求項１】板状でかつ尖った先端部を有する探針を用
い、該探針と試料との間に流れるトンネル電流が非対称
となることを利用して電子の運動量を検出することを特
徴とする走査型トンネル電子顕微鏡。 - 【請求項２】板状でかつ尖った先端部を有する探針を用
い、該探針と試料とを相対的に回転させて電子の運動量
を検出することを特徴とする走査型トンネル電子顕微
鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02143088A JP3118813B2 (ja) | 1990-05-31 | 1990-05-31 | 走査型トンネル電子顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02143088A JP3118813B2 (ja) | 1990-05-31 | 1990-05-31 | 走査型トンネル電子顕微鏡 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0436946A JPH0436946A (ja) | 1992-02-06 |
| JP3118813B2 true JP3118813B2 (ja) | 2000-12-18 |
Family
ID=15330634
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02143088A Expired - Fee Related JP3118813B2 (ja) | 1990-05-31 | 1990-05-31 | 走査型トンネル電子顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3118813B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2384442A1 (en) * | 2009-01-30 | 2011-11-09 | International Business Machines Corporation | High-speed scanning probe microscope |
-
1990
- 1990-05-31 JP JP02143088A patent/JP3118813B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0436946A (ja) | 1992-02-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chui et al. | Independent detection of vertical and lateral forces with a sidewall-implanted dual-axis piezoresistive cantilever | |
| Avouris et al. | STM studies of the interaction of surface state electrons on metals with steps and adsorbates | |
| US7500387B2 (en) | Dual tip atomic force microscopy probe and method for producing such a probe | |
| Crook et al. | Imaging cyclotron orbits and scattering sites in a high-mobility two-dimensional electron gas | |
| US20150247828A1 (en) | Thermal flow sensor, gas sensor comprising at least one such sensor and pirani gauge comprising at least one such sensor | |
| JP2656536B2 (ja) | プローブおよびその製造方法 | |
| Choi et al. | Geometry enhanced asymmetric rectifying tunneling diodes | |
| JP3118813B2 (ja) | 走査型トンネル電子顕微鏡 | |
| Lee et al. | Mapping current profiles of point-contacted graphene devices using single-spin scanning magnetometer | |
| Yagil et al. | Diamagnetic vortex barrier stripes in underdoped BaFe 2 (As 1− x P x) 2 | |
| Sato et al. | Origin of the broad three-terminal Hanle signals in Fe/SiO2/Si tunnel junctions | |
| Becker et al. | Contrast inversion of the apparent barrier height of Pb thin films in scanning tunneling microscopy | |
| Phatak et al. | Quantitative 3D electromagnetic field determination of 1D nanostructures from single projection | |
| Chung et al. | Mapping of electrostatic potentials within core-shell nanowires by electron holography | |
| JP3227985B2 (ja) | 磁気センサ | |
| JP3264735B2 (ja) | 電位分布測定機能を備える走査型トンネル顕微鏡 | |
| Hervé et al. | Quantitative magnetic imaging at the nanometer scale by ballistic electron magnetic microscopy | |
| US20020149362A1 (en) | Scanning magnetism detector and probe | |
| Tsunemi et al. | Visualization of anisotropic conductance in polydiacetylene crystal by dual-probe frequency-modulation atomic force microscopy/Kelvin-probe force microscopy | |
| Reusch et al. | Aharonov–Bohm oscillations in a nanoscale dopant ring in silicon | |
| JP2000227468A (ja) | 超伝導量子干渉素子顕微鏡用センサーとその製造方法 | |
| Fasbender et al. | Probing magnetic microstructures with quasi-ballistic Hall crosses | |
| JPH07244142A (ja) | 磁気センサ | |
| JP2606355B2 (ja) | 磁界強度測定装置 | |
| JPH03180756A (ja) | ウェハース上の磁気抵抗素子の電気抵抗測定方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |