Fabrication of atomic-scale gold junctions by electrochemical plating using a common medical liquid 一般的な医薬用液体を用いた電気化学的メッキによる原子スケールの金の接合の製作 A.Umeno and K.Hirakawa 四回生布山美慕実験の概要金の電極を金メッキによって成長させ、同時に抵抗を測定することでコンダクタンスの量子化を観測する。金メッキは、ヨードチンキを有機溶媒として金箔を溶かし、溶媒中に金の電極を入れ電気分解を用いて行う。電気分解に用いる電圧を操作することで一原子ずつメッキが起こる程ゆっくり反応を起こし、コンダクタンスの量子化を観測する。また電気分解の電圧の向きを逆にすることで、金の電極のメッキを溶かしコンダクタンスの量子化を更に確認する。従来の方法 • 斜め蒸着方+接合破壊（shadow evaporation +break junction) • シアン化合物を用いる電気化学的方法金の安定性（王水・シアン化合物にしか溶けない）のため金の溶液を作るのが困難 →高い毒性を持つ青酸ガスや強い酸の発生の危険扱いに気をつけphコントロールが必要ヨードチンキを用いた金メッキによる電極製作の利点 • 溶媒として有機溶媒であるヨードチンキを用いるので、シアン化合物が発生しない。また希ヨードチンキ（濃度がヨードチンキの半分。劇物指定無しの為一般的な薬局で扱い有り）を用いればリーズナブル。 • 電気分解を用いた金メッキは、電気分解の電圧操作によって速度コントロールが可能な為一原子単位でのメッキが可能でコンダクタンスの量子化が観測できる。また電気分解の反応の向きを逆転させれば成長した電極の一原子単位の破壊が可能でこの過程でもコンダクタンスの量子化の観測が可能と考えられる。実験１ヨードチンキで金メッキが可能か？ AC 4mVP-P 13 HZ Ti / Au (2 / 28 nm) Ga As Before electrodeposition Counter Electrode After electrodeposition 金の電極間間隔の変化 • (a)金メッキ前 200nm ↓ • (b)金メッキ後 30nm → ヨードチンキを溶媒とした電気分解による金メッキで電極間の間隔を操作することが可能。実験２コンダクタンスの量子化を見るために電圧を変え反応速度を操作する。 AC 4 mV 13 HZ ± 650 mV 32 mV Junction Resistance - Deposition Time at Vp = 650 mV Junction Conductance - Deposition Time at VP = 32 mV lock in amplifier の500msの時間分解能の為２G0〜3G0の遷移の確認が限界。 Junction Resistance - Deposition Time at VP = - 650 mV 電圧を逆転し電気分解の反応の向きを反転させる。金メッキされていた部分が溶け出し電極間の間隔が広がり抵抗値が増加。実験結果のまとめ • 従来のメッキ技術に比べ安全で簡単、廉価な金メッキがヨードチンキを有機溶媒にすることで可能。 • この金メッキ技術は電気分解に用いる電圧の制御により、金電極の電子スケールのメッキが可能であり、室温でコンダクタンスの量子化が観測できる。スピン偏極によるトンネル確率の変化 (a) (b) 強磁性体を電極に用い磁場をかけることでスピンを偏極させる。両電極のスピンの平行反平行でトンネル確率が変化。例. (a)に比べ(b)のトンネル確率が小さくなるはず。 →コンダクタンスの変化問題点 • 両電極のスピンをどうやって制御するか？・両電極にかける磁場の向きを逆にする。 →具体的には？・両電極に異なる物質を用いて相転移の起こる磁場の強さの違いを利用する。 • そもそもメッキしたら電極は金で覆われてしまう。その影響は？ • 熱揺らぎが大きかったら低温での測定が考えられるが、電極をどのように冷やすか？両電極に異なる物質を用いる場合 M H 層状の試料を用いた実験ではRの変化が１％程と微小。一次元のトンネル効果でより劇的なR の変化を期待する。 (a) R 1% H (b) (a) ー、ーがそれぞれの電極物質のH-M 特性 (b) 対応するR（抵抗値）