WO2006077726A1 - フラーレンを分子スケールで除去／移動する方法および分子スケールのパターン記録方法 - Google Patents

フラーレンを分子スケールで除去／移動する方法および分子スケールのパターン記録方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2006077726A1
WO2006077726A1 PCT/JP2005/023923 JP2005023923W WO2006077726A1 WO 2006077726 A1 WO2006077726 A1 WO 2006077726A1 JP 2005023923 W JP2005023923 W JP 2005023923W WO 2006077726 A1 WO2006077726 A1 WO 2006077726A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fullerene
molecule
bias voltage
probe
molecules
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.)
Ceased
Application number
PCT/JP2005/023923
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Yoshihiro Kubozono
Hiroyuki Sugiyama
Satoshi Fujiki
Kosuke Masunari
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Okayama University NUC
Original Assignee
Okayama University NUC
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Okayama University NUC filed Critical Okayama University NUC
Priority to JP2006553843A priority Critical patent/JPWO2006077726A1/ja
Publication of WO2006077726A1 publication Critical patent/WO2006077726A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y15/00—Nanotechnology for interacting, sensing or actuating, e.g. quantum dots as markers in protein assays or molecular motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/152—Fullerenes
    • C01B32/156—After-treatment

Definitions

  • the present invention relates to a method of removing fullerene from a close-packed structure of fullerenes on a molecular scale by Z movement, and further to a method of recording molecular scale characters, figures and patterns using this method. .
  • Patterns Conventional techniques for recording characters, images, and patterns (hereinafter collectively referred to as patterns) on an atomic scale include pattern manipulation by manipulating atoms and making voids. Force at low temperatures With this method, it was impossible to perform free pattern reconstruction. This is because the array of atoms * set is formed by covalent bonds or ionic bonds, and is difficult to move freely. It is also the power that brings
  • fullerene has a size of lnm scale, so it can be observed relatively easily with probe technology such as scanning tunneling microscope (STM), which is larger than other organic molecules, and it has a close-packed structure. It has been reported that can be made. In addition, it has been reported that it can be easily polymerized by applying an electric field from the STM probe.
  • STM scanning tunneling microscope
  • An object of the present invention is to provide a method for removing and Z-moving fullerene molecules on a molecular scale in a close-packed structure of fullerenes.
  • Another object of the present invention is to provide a method of recording a pattern by removing and moving fullerene molecules on a molecular scale in a fullerene close-packed structure.
  • the STM probe force is applied to one target fullerene molecule. Can change the properties of one molecule, remove or move a molecule.
  • the force of atom manipulation that needs to be performed at low temperature can be performed at room temperature (15 to 20 ° C) at least. Even in the range of 0 to 50 ° C is possible.
  • the fullerene used in the present invention includes C, C, C, C, C, C and C.
  • fullerenes containing metal atoms can also be used.
  • FIG. 2 is a diagram showing how molecules are removed.
  • FIG. 3 is a waveform diagram of a bias voltage.
  • FIG. 7 is a diagram showing how molecules are moved.
  • FIG. 8A is an STM image showing an example of pattern reconstruction.
  • FIG. 8B is an STM image showing an example of pattern reconstruction.
  • FIG. 9 is a diagram showing a waveform of a bias voltage V.
  • FIG. 10 is a diagram showing the void formation probability when the tunnel current is changed.
  • FIG. 11 is a diagram showing a probe position.
  • FIG. 12 is a diagram showing the void formation probability when the bias voltage application time is changed.
  • FIG. 13 is a diagram showing the void formation probability when the value of the bias voltage is changed.
  • FIG. 14A STM image with characters changed by moving the gap.
  • FIG. 14B STM image with characters changed by moving the gap.
  • fullerene molecules are vapor-deposited on a Si (111)-(7x7) clean surface, and the substrate temperature is heated to 120 ° C to form a close-packed structure.
  • the STM probe is fixed at the target fullerene molecule position, and the nose voltage is positive or negative so that the gap between the STM probe and the surface of the closest packed structure is Apply an electrostatic field to remove fullerene molecules.
  • a pattern is formed by removing a plurality of molecules that have been determined in advance.
  • fullerene molecules can be moved by applying an electrostatic field to the fullerene molecules adjacent to the perforated voids with an STM probe. As a result, it is possible to reconfigure Noturn and to perform free writing and reading.
  • Figure 1 shows a scan of a close-packed structure 6 of C molecules deposited several layers on a clean surface of a silicon substrate.
  • a small round ball 8 is a C molecule, which is
  • the close-packed structure is configured and regularly arranged.
  • FIG. 2 is a diagram showing how molecules are removed. Move the STM tip 10 closer to the molecule 12 for removal. In this case, the distance between the probe 10 and the molecule 12 is set at a position where the tunnel current is observed from 1.4 to 1.6 nA, preferably 1.5 nA with a bias voltage of 2 V applied. .
  • the bias voltage V is a continuous voltage that changes stepwise from 2V to OV in steps of 3mV in 3mV steps.
  • the positive electric field is applied in such a way that holes are injected into the valence band of the C molecule.
  • Figure 2 shows an STM image with one fullerene molecule removed.
  • 14 indicates the molecular void after the fullerene molecule is removed.
  • an electrostatic field can be applied to molecules adjacent to the already formed void under the same conditions as for removing one molecule.
  • the void formed by removing four fullerene molecules is indicated by 15.
  • a pattern can be produced by removing a plurality of molecules.
  • Figure 5 shows an STM image of the Orion locus pattern that was created.
  • Figure 6 shows the STM image of the created Big Dipper pattern.
  • FIG. 7 is a diagram showing how fullerene molecules are moved.
  • a probe made of a platinum-iridium (Pt-Ir) alloy is brought close to the fullerene molecule 16 adjacent to the air gap 14, and a bias voltage of 2V is applied to set the tunnel current to 1.1 to 1.3 nA, preferably 1.
  • the fullerene molecules 16 move to the voids 14 as shown in FIG. A new void is formed at the original position of the fullerene molecule 16. This means that it is possible to easily reconstruct a pattern (image) that has been written by force.
  • Figures 8A and 8B show an example in which the letters "I. Y.” ( Figure 8B) are drawn by moving molecules from an image ( Figure 8A) in which molecular voids are randomly created. In this way, it is possible to freely write and reconstruct patterns by creating molecular voids and moving molecules.
  • the bias voltage V is a negative force OV to + 2V in 3ms increments of 2 s.
  • a probe made of tungsten (W) is used as the STM probe.
  • a constant voltage is used as the bias voltage V applied to the fullerene molecule.
  • the waveform of the bias voltage V (— 2V) is shown.
  • ⁇ represents the application time.
  • the voids shall be formed on a single molecule scale.
  • the tunnel current I increases.
  • the void formation probability increases.
  • the probability of void formation starts to increase from the probe position where the tunnel current I flows 1.A, and when the tunnel current I further approaches the position of the probe where the tunnel current I flows 1.5nA, the void formation probability becomes almost constant.
  • a possible reason is that if the probe is too close, the heat generated in the probe induces a thermal drift of the surface molecules and the electric field does not concentrate on a single molecule.
  • the gap s can be obtained by bringing the probe close and applying the bias voltage V.
  • the formation probability increases, but the void probability is saturated if it is too close.
  • the probe position force when the tunnel current I is 1.OnA The gap formation probability begins to increase, so it can be seen that there is a threshold distance in the gap formation.
  • V therefore, voids are formed with a probability of approximately 45%.
  • V — 2.
  • Fig. 14A, Fig. 14B, and Fig. 14C show the single molecule scale formed on the surface of the C closest packed structure.
  • the waveform of the bias voltage described in the above two embodiments is an example. If the waveform can remove and Z or move fullerene molecules by applying an electrostatic field to the fullerene molecules, V It can be a good waveform! /
  • Voids on the molecular scale are ⁇ lnm in size, which is optimal for observation with a packed structure STM.
  • the fullerene close-packed surface where this void is formed is covered with metal, and the fullerene molecule By lifting off the top layer, it should be possible to leave only the metal that has entered the gap.
  • This is a molecular lithography method. That is, simple formation of quantum dots having voids in a bowl shape can be expected. This method is simpler and more accurate than the conventional lithography method, and is extremely useful for the formation of metal quantum dots and metal wires on the nanoscale, which will be important in the future.
  • fullerenes are known as n-type semiconductors, so if organic materials that are P-type semiconductors can be precisely placed, nano-scale pn junctions can be formed. This is a basic technology for efficiently and precisely fabricating devices on the nanoscale.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

　フラーレンの最密充填構造において、フラーレン分子を分子スケールで除去／移動する方法を提供する。ＳＴＭの探針を、除去を目的とするフラーレン分子に近づける。この場合に、探針とフラーレン分子との間の距離は、バイアス電圧を印加しておいて、所定値のトンネル電流を観測する位置にセットする。続いて、バイアス電圧Ｖｓを印加して、フラーレン分子に影響を与えるとフラーレン分子が除去され空隙が形成される。空隙に隣接する分子にバイアス電圧を印加して、分子を空隙に移動させることによりパターンを形成できる。

Description

明 細 書
フラーレンを分子スケールで除去 z移動する方法および分子スケールの パターン記録方法
技術分野
[oooi] 本発明は、フラーレンの最密充填構造から、フラーレンを分子スケールで除去 Z移 動する方法に関し、さらにはこの方法を用いて、分子スケールの文字，図形，パター ンを記録する方法に関する。
背景技術
[0002] 原子スケールで文字，画像，パターン（以下、これらを総称してパターンと言う）を記 録する従来の技術としては、原子をマニピュレーションすることや、空隙を空けること によって、パターンの記録を低温で行っている力 この方法では、自在なパターン再 構成を行うことは不可能であった。これは、原子の配列 *集合が共有結合やイオン結 合などによって形成されており、自在に移動させることが困難であり、空隙を空けた後 の歪みが、配列 '集合体の不安定ィ匕をもたらす力もである。
[0003] 一方、分子スケールでパターンを記録する技術の確立は、ナノテクノロジーの究極 の技術として、近年盛んに議論されてきた。たとえば、分子を 1ビットとする情報記録 デバイスでは、 lOTbZcm2以上の集積度を有することになる力 その他にも分子を 自在に制御してナノスケールの配線を行う可能性が期待される。 "松本和彦著 ナノ カーボン材料と有機分子の素子応用，柳裕之，横山直榭共編'ナノエレクトロニクス' オーム社 (東京)，第 9章"を参照されたい。
[0004] 特に、フラーレンは、 lnmスケールのサイズを有するので、他の有機分子に比べて 大きぐ走査トンネル顕微鏡 (STM)を始めとするプローブ技術で比較的簡単に観察 できるとともに、最密充填構造を作れることが報告されている。また、 STMの探針から の電場印加によって、容易にポリマー化することなどが報告されている。 "Y.B.Zhao, D.M.Poirier, R.J.Pechiman, J.H.Weaver, Appl.Phys丄 ett.64,31 (1994)，，および" Y.Na kamura, F.Kagawa, K.Kasai, Y.Maera, K.Maeda, Surface Science, 528, 151 (2003) " を参照されたい。 発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] フラーレンの最密充填構造をパターン記録に用いる場合には、 1個の分子を取り除 いたり、移動させる技術が必要になる。しかし、現在のところ、単一分子に限って、分 子を除去したり、移動させる技術は存在しない。
[0006] 本発明の目的は、フラーレンの最密充填構造において、フラーレン分子を分子スケ ールで除去および Zまたは移動する方法を提供することにある。
[0007] 本発明の他の目的は、フラーレンの最密充填構造において、フラーレン分子を分 子スケールで除去および移動することによりパターンを記録する方法を提供すること にある。
課題を解決するための手段
[0008] フラーレンの最密充填構造を形成し、これを STMで観測した後に、目的とするフラ 一レン分子 1個に対して STM探針力 静電場を印加することによって、 1分子に限つ て影響を与えて、 1分子の特性を変化させる、分子を取り除ぐあるいは移動させるこ とがでさる。
[0009] 前述したように、原子をマニピュレーションする方法では、自在なパターン再構成を 行うことは不可能であった。これは、原子の配列 *集合が共有結合やイオン結合など によって形成されており、自在に移動させることが困難であり、空隙を空けた後の歪 みが配列 '集合体の不安定ィ匕をもたらすためであった。これに対し、ファンデルヮー ルスカが支配的して 、るフラーレン分子の配列 '集合体では、自在な移動が可能で あり、空隙を空けた後にも歪みエネルギーを最低にするための自己再組織化が起こ るカゝらである。
[0010] 原子のマニピュレーションは、低温で行う必要がある力 本発明の方法は、少なくと も常温（15〜20°C)で行うことができる。 0〜50°Cの範囲でも可能である。
[0011] また、フラーレンを使って最密充填構造を形成した後に、 1分子に限って静電場を カロえて、分子を制御すれば分子を利用したパターンを記録することが可能となる。
[0012] さらには、空隙に隣接する分子に静電場を加えて分子を移動させることにより、バタ ーンを再構成することが可能となる。 [0013] なお、本発明に用いられるフラーレンは、 C を始めとして、 C , C , C , C , C
60 70 82 84 86 8
, C などである。さらには金属原子 (Ce, Dy, Pr)を内包するフラーレンも用いるこ
8 90
とがでさる。
発明の効果
[0014] 本発明によれば、フラーレン 1分子に絞って静電場を与えることにより、 1分子を取り 除き、さらに移動させることによって、フラーレンの最密充填構造に自在にパターンを 構成することが可能となる。すなわち、最密充填構造に 1分子レベルで分子を取り除 いて、数個の穴を空けて、パターンを構成するとともに、それを移動させることによつ てパターンを再構成することが可能となる。これにより、高密度の情報蓄積，ナノスケ ールでのパターンユング，ナノスケールでのアニメーション等のナノテクノロジーの究 極の形態である分子を利用したデバイス，デバイスのための素材形成が可能となる。 また、原子のマニピュレーションなどに比べて簡単にナノスケールのパターンの記録 ができ、得られるパターンも原子によるものに比べて鮮明である。
図面の簡単な説明
[0015] [図 1]シリコン基板の清浄表面に数モノレイヤー蒸着した C 分子の最密充填構造の
60
STMイメージである。
[図 2]分子を除去する様子を示す図である。
[図 3]バイアス電圧の波形図である。
[図 4]分子が除去された STMイメージである。
[図 5]作製されたオリオン座のパターン STMイメージである。
[図 6]作製された北斗七星のパターン STMイメージである。
[図 7]分子を移動させる様子を示す図である。
[図 8A]パターン再構成の一例を示す STMイメージである。
[図 8B]パターン再構成の一例を示す STMイメージである。
[図 9]バイアス電圧 Vの波形を示す図である。
s
[図 10]トンネル電流を変化させた場合の空隙形成確率を示す図である。
[図 11]探計位置を示す図である。
[図 12]バイアス電圧の印加時間を変化させた場合の空隙形成確率を示す図である。 [図 13]バイアス電圧の値を変化させた場合の空隙形成確率を示す図である。
[図 14A]空隙を移動させることによって文字を変化させた STMイメージである。
[図 14B]空隙を移動させることによって文字を変化させた STMイメージである。
[図 14C]空隙を移動させることによって文字を変化させた STMイメージである。
発明を実施するための最良の形態
[0016] Si (111)—（7x7)清浄表面上にフラーレンを数層蒸着し、基板温度を 120°Cに加 熱すること〖こよって、最密充填構造を形成する。これを STMにより観測した後に、目 的とするフラーレン分子の位置に STM探針を固定して、ノ ィァス電圧が正または負 となるように、 STM探針と最密充填構造表面との間に静電場を印加して、フラーレン 分子を取り除く。あら力じめ決定した複数個の分子を取り除くことによって、パターン を構成する。さらに穴の空いた空隙に隣接したフラーレン分子を目標として、 STM探 針により静電場を印加することによって、フラーレン分子を移動させることができる。こ れにより、ノターンの再構成が可能であり、自在な書き込み，読み取りを行うことがで きる。
以下に、本発明の実施例について詳細に説明する。
実施例 1
[0017] 図 1は、シリコン基板の清浄表面に数層蒸着した C 分子の最密充填構造 6の走査
60
トンネル顕微鏡（STM)イメージである。小さい丸いボール 8が C 分子であり、これが
60
最密充填構造を構成して規則的に配列している。
[0018] 図 2は、分子を除去する様子を示す図である。 STMの探針 10を、除去を目的とす る分子 12に近づける。この場合に、探針 10と分子 12との間の距離は、 2Vのバイアス 電圧を印加しておいて、トンネル電流を 1. 4〜1. 6nA、好ましくは 1. 5nA観測する 位置にセットする。
[0019] 続 、て、フラーレン分子に対してバイアス電圧 Vを印加する。バイアス電圧 Vは、 s s 図 3に示すように、 2Vから OVまで 3msずつ 2mVのステップで上昇する階段状に 変化する連続電圧である。
[0020] フラーレン分子に印加されるバイアス電圧 Vは負であるので、探針側は正電圧とな s
り、 C 分子の価電子帯に正孔が注入される形で正電場印加が行われる。 [0021] このバイアス電圧の印加を終了して、 STMで観察すると、目的としたフラーレン分 子 1個が除去されて、空隙ができているのを確認できた。図 2に、 1個のフラーレン分 子が除去された STMイメージを示す。図において、 14はフラーレン分子が除去され てできたあとの分子空隙を示して 、る。
[0022] 大きな空隙を作るためには、既に形成された空隙に隣接する分子に、 1個の分子を 除去するのと同じ条件で静電場を加えることにより行うことができる。図 4には、 4個の フラーレン分子を除去することにより形成された空隙を 15で示している。
[0023] 以上のようにして、複数個の分子を除去すれば、パターン (画像)を作製可能である 。図 5に、作製されたオリオン座のパターンの STMイメージを示す。また図 6に、作製 された北斗七星のパターンの STMイメージを示す。
[0024] 次に、空隙の空 、た部分の隣のフラーレン分子に静電場を印加して、フラーレン分 子を空隙へ移動 (スライド)させる方法にっ 、て説明する。
[0025] 図 7は、フラーレン分子を移動させる様子を示す図である。空隙 14の隣のフラーレ ン分子 16に白金—イリジウム（Pt— Ir)合金よりなる探針を近づけて、 2Vのバイアス 電圧を印加してトンネル電流を 1. 1〜1. 3nA、好ましくは 1. 2nA観察する位置に探 針をセットする。この場合の分子と探針との間の距離は、前述した分子を除去する場 合の距離と比べて、大きくなる。また、 STMを観測する場合よりは、小さい距離である
[0026] 図 3に示した階段状バイアス電圧を印加して、フラーレン分子に影響を与えると、図 7に示すように、フラーレン分子 16が空隙 14へ移動する。フラーレン分子 16の元の 位置には、新たな空隙ができている。これは、あら力じめ書き込んでおいたパターン（ 画像)を容易に再構成できることを意味する。
[0027] ノターン再構成の一例を以下に示す。図 8A,図 8Bは、ランダムに分子空隙を作つ ておいた画像（図 8A)から、分子を移動させることにより、 "I. Y. "と言う文字（図 8B) を描いた例を示す。このように、分子空隙の作製と分子移動を行うことにより自在なパ ターンの書き込み，再構成が可能となる。
[0028] 以上の各実施例では、バイアス電圧 Vは負とした力 OVから + 2Vまで 3msずつ 2 s
mVのステップで上昇する正のバイアス電圧 Vを印加しても分子は除去される。この s 場合には、探針側は負電圧となり、 C 分子の伝導帯に対して電子が注入される形で
60
静電場が印加される。なお、本実施例は、すべて室温で行ったものである。
実施例 2
[0029] 本実施例では、 STM探針としてタングステン (W)よりなる探針を用いる。また、フラ 一レン分子に印加されるバイアス電圧 Vは、一定電圧を用いるものとする。図 9にバ s
ィァス電圧 V (— 2V)の波形を示す。 τは、印加時間を示す。
[0030] 本実施例では、（1)探針位置を変化させる、（2)バイアス電圧 Vの印加時間 τを変 ィ匕させる、（3)バイアス電圧 Vの値を変化させることによる空隙形成確率を調べた。
s
空隙は、単一分子スケールで形成されて 、るものとする。
[0031] バイアス電圧 2Vのもとで任意のトンネル電流 Iを観測する位置にぉ 、て、 STMの フィードバック回路を切断して探針を固定した後に、 V =— 2Vをて = 3000ms s 間印 カロしたときの空隙形成確率を図 10に示す。トンネル電流 Iを変化させることは、図 11 に示すように、 W探針 10と、フラーレン最密充填構造表面 20との間の距離を変化さ せることを意味する。
[0032] ここで、探針 10がフラーレン最密充填構造の表面 20に近づくと、トンネル電流 Iは 大きくなる。図 10によれば、探針 10がフラーレン最密充填構造の表面 20に近づくと 、空隙形成確率が増加していることがわかる。トンネル電流 Iが 1. OnA流れる探針位 置から空隙形成確率が増大し始め、トンネル電流 Iが 1. 5nA流れる探針位置からさ らに近づくと、空隙形成確率がほぼ一定となる。一定となる理由としては、探針を近づ けすぎた場合は、探針に発生する熱が表面分子の熱ドリフトを誘起して、電界が単一 分子に集中しなくなることが考えられる。
[0033] 以上のことから、探針を近づけて 、き、バイアス電圧 Vを印加することによって空隙 s
形成確率は上昇するが、近づけすぎると空隙確率は飽和してしまうことがわかる。ま た、トンネル電流 Iが 1. OnA流れる探針位置力 空隙形成確率が増大し始めるので 、空隙形成に、しきい距離が存在することがわかる。
[0034] 次に、バイアス電圧 2V,トンネル電流 I = 1. 5nAの位置で、 STMのフィードバック 回路を切断して探針位置を固定した後に、バイアス電圧 V =— 2. 3V
s を印加する。こ のとき、バイアス電圧 Vの印加時間 τを変化させたときの空隙形成確率を調べた。測 定結果を、図 12に示す。
[0035] て = 200msの印加で空隙が形成され始め、ほぼ単調に空隙形成確率は増加し、 1000ms以上では空隙形成確率が徐々に飽和する傾向がある。 τ = 3000msにお
V、ては、空隙はおよそ 45%の確率で形成される。
[0036] 次に、バイアス電圧 2V, トンネル電流 I =0. 6nAの位置で、 STMのフィードバック 回路を切断して探針位置を固定した後に、 τ = 3000msに固定し、バイアス電圧 V s を変化させたときの空隙形成確率を調べた。測定結果を図 13に示す。図 13から， I
V I = 2. 8V以上で空隙が形成されており、バイアス電圧 Vの増加とともに空隙形 成確率は単調な増加を示すことがわかる。また、明白なしきい電圧が存在しており、 ある電圧以下では空隙は形成されないことがわかる。
[0037] これらの結果から、単一分子空隙形成に適した条件としては、探針位置をバイアス 電圧 2V, トンネル電流 I = 1. 5nAの条件で指定される位置に固定して、バイアス電 圧 V =— 2. 3Vを τ = 3000ms以上印加することを挙げることができる。
s
[0038] 図 14A,図 14B,図 14Cに、 C 最密充填構造表面に形成した単一分子スケール
60
の空隙を配列することによって描かれた文字" C" (図 14A)と、空隙を移動させること によって文字" C"を文字" 6"へと変化させ（図 14B)、さらに文字" 6"を文字" 0" (図 1 4C)に変化させた例を示す。
[0039] このように、同一場所に文字を次々と変更させることが可能となった。文字" C"を描 いた後に文字" 0"まで変化させるのに要した時間は、 180分であり、その間、常温に おいて空隙で描かれた文字は安定に維持された。これより、単一分子の空隙を使い 、ナノスケールの表面に文字を連続的に書 、て 、くことが可能となった。
なお、実施例は、すべて室温で行ったものである。
[0040] なお、以上の 2つの実施例において説明したバイアス電圧の波形は一例であり、フ ラーレン分子に静電場を加えることにより、フラーレン分子を除去および Zまたは移 動できる波形であれば、 V、かなる波形であってもよ!/、。
産業上の利用可能性
[0041] 分子スケールの空隙は、充填構造の STMで観察するのに最適な〜 lnmの大きさ である。この空隙を形成したフラーレン最密表面上を金属で被って、フラーレン分子 最上層をリフトオフすることによって、空隙内に入り込んだ金属だけを残すことが可能 となるはずである。これによつて、金属量子ドットを自在に形成することが可能になる。 これは、分子スケールのリソグラフィ一法である。すなわち、空隙を铸型へとする量子 ドットの簡便な形成が期待できる。この方法は、従来行われてきたリソグラフィ一法に 比べて簡便かつ精密であり、今後重要となるナノスケールでの金属量子ドット形成や 金属細線作製にとって極めて有用である。
[0042] さらに、空隙内に金属や有機分子を挿入して、フラーレンとのナノスケールの複合 物質を形成することが可能である。フラーレンは n型半導体として知られて 、るので、 P型半導体である有機物質を精密に配置できれば、ナノスケールでの p— nジャンク シヨンの形成も可能である。これは、ナノスケールでのデバイス作製を効率よく精密に 作製する基本技術である。
[0043] また、空隙内に異なる分子や金属を配置してナノスケールでの反応を誘起すること ができる。特に、空隙内に蝕媒をセットすることにより、選択的にある種の反応を生じ させて、バルタでは合成できな力つた物質を効率よく作製することが可能となる。

Claims

請求の範囲
[1] フラーレン分子の最密充填構造にぉ 、て、フラーレン分子を除去する方法であって 目的とする 1個のフラーレン分子に、走査トンネル顕微鏡の探針を近づけて固定す るステップと、
前記走査トンネル顕微鏡の探針によって前記目的とする 1個のフラーレン分子にバ ィァス電圧を印加することにより、前記フラーレン分子を除去するステップと、 を含むフラーレン分子を除去する方法。
[2] 前記固定された探針と前記目的とする 1個のフラーレン分子との間の距離は、走査 トンネル顕微鏡で観測されるトンネル電流の値により決定する、請求項 1に記載のフ ラーレン分子を除去する方法。
[3] 前記ノィァス電圧は、階段状に変化する正または負の連続電圧である、請求項 2 に記載のフラーレン分子を除去する方法。
[4] 前記ノィァス電圧は、所定の印加時間を有する正または負の一定電圧である、請 求項 2に記載のフラーレン分子を除去する方法。
[5] 前記トンネル電流は、バイアス電圧が 2Vのとき、 1. OnA〜3. OnAである、請求項
4に記載のフラーレン分子を除去する方法。
[6] 前記トンネル電流が 1. 5nAであるときに、前記バイアス電圧 I V
s Iは 2. 3V,前記 バイアス電圧の印加時間は 500ms以上である、請求項 5に記載のフラーレン分子を 除去する方法。
[7] 前記トンネル電流が 0. 6nAであるときに、前記バイアス電圧 I V
s Iは 2. 8〜3. 8
V,バイアス電圧の印加時間は 3000msである、請求項 4に記載のフラーレン分子を 除去する方法。
[8] フラーレン分子の最密充填構造にぉ 、て、フラーレン分子を移動する方法であって 目的とする 1個のフラーレン分子に、走査トンネル顕微鏡の探針を近づけて固定す るステップと、
前記走査トンネル顕微鏡の探針によって前記目的とする 1個の第 1フラーレン分子 にバイアス電圧を印加することにより、前記第丄フラーレン分子を除去して空隙を形成 するステップと、
前記空隙に隣接する第 2のフラーレン分子に、走査トンネル顕微鏡の探針を近づ けて固定し、バイアス電圧を印加することにより、前記第 2の分子を前記空隙に移動 するステップと、
を含むフラーレン分子を移動する方法。
[9] フラーレン分子の最密充填構造において、パターンを形成する方法であって、 請求項 1に記載の方法によって、複数個のフラーレン分子を除去して複数個の空 隙を作り、これら複数個の空隙によって、パターンを形成するステップを含む、ノター ンを形成する方法。
[10] フラーレン分子の最密充填構造において、パターンを再構成する方法であって、 請求項 9に記載の方法によってパターンを形成するステップと、
請求項 8に記載の方法によってフラーレン分子の移動を行うことにより、前記パター ンを再構成するステップと、
を含む、パターンを再構成する方法。
PCT/JP2005/023923 2004-12-27 2005-12-27 フラーレンを分子スケールで除去／移動する方法および分子スケールのパターン記録方法 Ceased WO2006077726A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006553843A JPWO2006077726A1 (ja) 2004-12-27 2005-12-27 フラーレンを分子スケールで除去／移動する方法および分子スケールのパターン記録方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004-377257 2004-12-27
JP2004377257 2004-12-27

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2006077726A1 true WO2006077726A1 (ja) 2006-07-27

Family

ID=36692117

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2005/023923 Ceased WO2006077726A1 (ja) 2004-12-27 2005-12-27 フラーレンを分子スケールで除去／移動する方法および分子スケールのパターン記録方法

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JPWO2006077726A1 (ja)
WO (1) WO2006077726A1 (ja)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1992008336A1 (en) * 1990-10-29 1992-05-14 E.I. Du Pont De Nemours And Company Etching of nanoscale structures on high temperature superconductors
JPH06204144A (ja) * 1992-12-25 1994-07-22 Sony Corp 薄膜形成方法及びその装置
WO1995026925A1 (en) * 1994-03-30 1995-10-12 Massachusetts Institute Of Technology Production of fullerenic nanostructures in flames
JPH11340449A (ja) * 1998-05-27 1999-12-10 Nec Corp 半導体量子ドットの作製方法
JP2003200398A (ja) * 2001-10-30 2003-07-15 Sony Corp 多重化階層構造体およびその製造方法ならびに機能材料およびその製造方法ならびに電子装置およびその製造方法ならびにらせん構造体

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1992008336A1 (en) * 1990-10-29 1992-05-14 E.I. Du Pont De Nemours And Company Etching of nanoscale structures on high temperature superconductors
JPH06204144A (ja) * 1992-12-25 1994-07-22 Sony Corp 薄膜形成方法及びその装置
WO1995026925A1 (en) * 1994-03-30 1995-10-12 Massachusetts Institute Of Technology Production of fullerenic nanostructures in flames
JPH11340449A (ja) * 1998-05-27 1999-12-10 Nec Corp 半導体量子ドットの作製方法
JP2003200398A (ja) * 2001-10-30 2003-07-15 Sony Corp 多重化階層構造体およびその製造方法ならびに機能材料およびその製造方法ならびに電子装置およびその製造方法ならびにらせん構造体

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FUJIKI S. ET AL.: "Modification of close-packed surface by electron/hole injection", DAI 28 KAI FULLERENCE-NANOTUBES SOGO SYMPOSIUM KOEN YOSHISHU, FULLERENE-NANOTUBES RESEARCH, 7 January 2005 (2005-01-07), pages 39, XP003001140 *
MARUNO S. ET AL.: "Threshold height for movement of C60 molecules on Si (111)-7x7 with a scanning tunneling microscope", APPLIED PHYSICS LETTERS, AMERICAN INSTITUTE OF PHYSICS, vol. 63, no. 10, 6 September 1993 (1993-09-06), pages 1339 - 1341, XP003001141 *

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2006077726A1 (ja) 2008-06-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ko et al. Atomic‐scale manipulation and in situ characterization with scanning tunneling microscopy
Prokes et al. Novel methods of nanoscale wire formation
US7260051B1 (en) Molecular memory medium and molecular memory integrated circuit
Garcia et al. Nano-chemistry and scanning probe nanolithographies
Despont et al. VLSI-NEMS chip for parallel AFM data storage
Wada Prospects for single molecule information processing devices
JP4253114B2 (ja) Ｓｅｔ素子の製作方法
JP4364180B2 (ja) 集積回路装置の製造方法
WO2006077726A1 (ja) フラーレンを分子スケールで除去／移動する方法および分子スケールのパターン記録方法
Ryu et al. Oxidation and thermal scanning probe lithography for high-resolution nanopatterning and nanodevices
Krasnikov et al. Writing with atoms: Oxygen adatoms on the MoO2/Mo (110) surface
JP4774665B2 (ja) 半導体装置の製造方法
TWI315105B (en) A method for the synthesis of qunatum dots
CN100521240C (zh) 水平生长碳纳米管的方法和使用碳纳米管的场效应晶体管
JP2006269763A (ja) 集積回路装置の製造方法
JP3910474B2 (ja) 電子励起原子移動による表面ナノスケール構造の製造方法。
Baski Fabrication of Nanoscale Structures using STM and AFM
CN117480592A (zh) 量子比特元件
Takemura et al. Modification of electrical properties and magnetic domain structures in magnetic nanostructures by AFM nanolithography
Li et al. Controlled Preparation of Inorganic Nanostructures on Substrates by Dip‐Pen Nanolithography
Ohkouchi et al. Nano-probe-assisted technology of indium-nano-dot formation for site-controlled InAs/GaAs quantum dots
Benkirane Thermal Scanning Probe Lithography for 2D Materials
TW202534026A (zh) 包含碳奈米管的奈米機電裝置及其製造方法
Yang et al. Accurate assembly and size control of Cu nanoparticles into nanowires by contact atomic force microscope-based nanopositioning
Lagally Strain engineered silicon nanomembranes

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2006553843

Country of ref document: JP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 05822803

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1