FRONTIERSCIENCES 基盤科学研究系 2 VOL.27 杉本宜昭 Division of Transdisciplinary Sciences 准教授物質系専攻 http://www.afm.k.u-tokyo.ac.jp/ 原子間力顕微鏡を用いた究極のナノテクノロジー ― 1 つひとつの原子からデバイスを創成する― ご冗談でしょう、ファインマンさん」の原子や不純物原子の同定と位著書で知られる物理学者ファインマ置の特定が可能になると、電ンが、1959年の講演で、1つひとつの原子デバイスの性能の向上に貢子からデバイスを組み立てる技術につい献することができます。AFM て言及しています。この技術は、現在でを使うと、針と表面の原子とのはナノテクノロジーとして知られており、間に働く力を制御することに究極的な技術として活発に研究が行わよって、精密な原子操作も可能れています。1つひとつの原子を操るにです。我々は、極低温で行うのは、まず原子を視る必要があります。人類が、物質表面の1つひとつの原子を視が常識であるとされてきた原子（a）操作を室温においても行えるこることができるようになったのは、1980年とを初めて実証しました。図2 代になってからです。それは、光を使わに示すように、表面の原子を組ない特殊な顕微鏡である走査トンネル顕み換えて、2次元のパターンを微鏡（STM）の発明により可能になりま作製したり、3次元的なナノ構した。発明者であるビニッヒとローラー造を組み立てたりすることがでは、1986年にノーベル物理学賞を受賞しています。この顕微鏡では、鋭い針を試料表面の極近傍まで近づけ、針を表（b）きます。最近、原子1つひとつ（c）図1.（a）AFMの模式図、（b）Si表面のAFM像、（c）有機分子のAFM像と構造図からスイッチ機能を持つナノ構造を組み立てることにも成功しました。1つひとつの原子を面に水平方向に走査しながら、針と試料の間を流れる電流を計測することで、原すぐ後にビニッヒらによって発明されまし視て、元素同定して、原子操作すること子を視ます。STMを用いると、原子を視たが、AFMによって1つひとつの原子をによって、室温で動作するナノデバイスるだけではなく、針を使って表面の原視ることができるようになったのは1995 を試作できるまでになったと言えます。子を操作できることがすぐに判明しま年になってからです。図1（b）は我々が今後、より多くの原子を元素同定できるした。1990年にIBMの研究所で、表面測定したSi表面のAFM像で、個々のSi ようにし、様々な組成のナノ構造体を組の 1つひとつの原子を動かして、原子で原子が観察されています。最近では、図1 み立て、その特性・機能性を調べること「I B M」という文字が描かれたことが有（c）に示すように、有機分子の骨格を室によって、ファインマンが提唱したように名です。その後、原子を円形に並べて囲温で可視化できるまでになっています。新しい概念に基づくデバイスを創成していを作り、その中の電子定常波を観察すまた、AFMを使えば、針先端の原子と表るなど、原子操作による美しい研究が多面の原子との間に働く化数報告されています。学結合力を、測定すること我々は、STMの発展形である原子間もできます。物質を構成す力顕微鏡（AFM）を用いて、ナノテクノる力を測定することは基いきます。ロジーの研究を行っています。AFMは、礎的に重要であるだけで 8 鋭い針の先端の原子と表面の原子とのなく、表面の個々の原子間に働く「力」を測定して原子を視る顕の元素同定という応用に微鏡で、絶縁体も観察できるという強みもつながります。例えば、があります（図1（a））。AFMはSTMの半導体材料のドーパント Fro ntier Sciences （a）（b）図2.（a）原子操作によって、Sn表面にSi原子を埋め込んで作製した原子文字「Si」（b）原子操作によって、Si表面上に作製したAuのナノ構造体