電子スピン共鳴走査型トンネル顕微鏡による単一スピン検出

使用电子自旋共振扫描隧道显微镜进行单自旋检测

基本信息

批准号：
16651045
负责人：
花栗哲郎
金额：
$ 2.3万
依托单位：
The Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-16651045/
关键词：
ESR STM 単一スピン検出

项目摘要

本年度は、昨年度試作を行った高安定性、高剛性、高周波対応、低温超高真空対応を満たすSTMユニットを完成させることを目指した。また、電子スピン共鳴走査型トンネル顕微鏡(ESR-STM)をシステムとして完成させるために、低温プローブの設計と製作を行った。ユニットに関しては、STMの心臓部ともいえる粗動機構の安定化に目処が立ち、液体ヘリウム温度以下の低温でも動作し、機械的共振周波数が5kHzを超える高い剛性を有するSTMユニットを完成させた。現在、本ユニットに同軸ケーブルを組み込むための部品製作を終え、最終的なESR-STMユニットとして組み立てを行っている。一方、上記ユニットを設置するための低温プローブの設計製作も行った。高周波信号の減衰や、反射による寄生信号の発生を迎えるため、全長が約650mmという、極短い低温超高真空容器を設計した。本プローブは室温部とSTMユニットを繋ぐパイプを備えており、将来、トランスファーロッドを追加することで、超高真空を破らずに試料や探針を搬送することができるような設計となっている。さらに、電子スピン共鳴を誘起するための外部磁場の印加には、プローブと一体化させた、最高磁場0.1Tの小さな超伝導磁石を使用するという新しいデザインを考案し、採用した。超伝導磁石を永久電流モードで運転することによって、系統的な磁場依存性の測定が可能になる。現在、STMユニット、低温プローブともに組み立て途上であり、年度内に実際のシステム運用にはいたらなかったが、各要素技術は完成されたものとなっており、本装置が、完成すればこれまでに無い高性能ESR-STMとなることは確実である。今後、本装置を利用して、単一スピン検出に役立てたい。

今年，我们的目标是完成去年生产的STM单元，该单元符合高稳定性，高刚度，高频兼容性和低温超高真空兼容性。此外，设计和制造低温探针以完成电子自旋谐振扫描隧道显微镜（ESR-STM）作为系统。关于该单元，我们设定了一个稳定STM中心的粗大运动机理的目标，并完成了一个STM单元，该单元在低温下以低于液体氦气温度的低温运行，并且具有高刚度，机械谐振频率高于5KHz。目前，我们已经完成了零件的生产，以将同轴电缆纳入本机，并作为最终的ESR-STM单元组装。另一方面，还设计和制造低温探针以安装上述单元。为了减弱高频信号并由于反射而产生寄生信号，我们设计了一个极短的低温超高真空容器，总长度约为650mm。该探针具有连接室温部分和STM单元的管道，旨在允许将来添加转移杆以运输样品和探针而不会破坏超高真空。此外，设计和采用了一种新的设计，其中使用一个与探针集成的小型超导磁体，在该设计中使用外部磁场来诱导电子自旋共振，最大磁场为0.1T。在永久电流模式下操作超导磁铁可以进行系统的磁场依赖测量。目前，STM单元和低温探针都在组装中，并且在财政年度内无法进行实际系统操作，但是系统的每个组件都已完成，并且可以肯定的是，一旦完成此设备，它将成为以前从未见过的高表现ESR-STM。将来，我们希望使用此设备来帮助检测单旋转。