Si(111)7×7基板上にBiを室温蒸着させ、成長したBi島をSTMを用いて観察した。黒燐構造Bi(110)は２つの原子層が対を組んでいるため、偶数層の膜厚のみで存在していると考えられていた。しかし、本研究によって奇数層高さのBi(110)島の存在を確認し、これらは蒸着量を増やすにつれて被覆率が増加していることを新しく発見した。この奇数層高さのBi島はサンドウィッチ構造を取っていると考えられる。

本研究では、4H-SiC(0001)表面に金属原子（Ni、Pt、Pd、Cu）が吸着した場合の表面構造変化と安定吸着位置について検討する。吸着位置の違いによって3種類のスラブモデル（type-I、type-II、type-III）を構築し、第一原理バンド計算を実施した。その結果、type-Iが最もエネルギー的に安定し、4種類の金属原子の中では、Ptが最も安定な吸着を形成することがわかった。

グラフェン中に含まれる欠陥は、様々な領域で重要な役割を示す。そのため、局所的な欠陥の種類と電子状態の関係を正しく理解する必要がある。我々は、走査型トンネル顕微鏡を用いて、グラファイト表面に存在する、単層厚さの微小な剥離グラフェンシートを観察した。局所的な欠陥に起因する原子スケールの輝点配列が複数種類、存在することが分かった。特に、得られた長方形状のパターンに着目し、その起源について考察した。

グラフェンナノリボン (GNR)の機能開発の手法の1つに末端修飾がある。従来の末端修飾はフタロシアニン等強固な分子を、完成したGNRと共に加熱し行われた。しかし、新規機能の探索には従来と異なる分子を修飾に用いる別の合成手法が必要である。本研究ではGNRを合成する途中行程でナフチル基を有する分子を共吸着し反応させることで末端修飾に成功した。さらにその末端が分子スイッチになることを明らかにした。

One-dimensional silicon nanoribbons (SiNRs) have the potential applying to future electronics devices because its compatibility with current silicon-based electronics devices and the theoretical outstanding electronic properties such as size-dependent band gap. Here, with the deposition of Si on Ag(111) surface, we have grown SiNRs. We investigate SiNRs on Ag(111) with a combination of scanning tunneling microscopy(STM), atomic force microscopy(AFM) and density functional theory (DFT) calculations. We obtained the atomic resolution STM and AFM images, which reveal that SiNRs have the same width and align along the equivalent orientations of Ag(111). The main body of SiNRs was found symmetric about the long axes of ribbons, but the terminals of SiNRs break the symmetry. The observations indicate that SiNRs are stable under room temperature. In order to determine the detailed atomic structure of SiNRs, based on the STM and AFM observations, we performed the DFT calculations. The calculation results reveal the buckled single-layer structure of SiNRs, which agrees well with the experimental results.

本研究では、Si(111)-Ag表面に対するHB-HBC分子との相互作用を明らかにすることを目的とし、低温STM観察を行なった。その結果、分子直下の表面構造において、本来のIET構造だけではなく、局所的にHCT構造に変化していると考えられる分子像も見出すとともに、両者は可逆変化することもわかった。このSTM観察による動的な過程を統計的に解析することで、活性化エネルギーなどを明らかにした。

Cu(111)基板上の窒化鉄膜に形成したモアレパターンを、走査トンネル顕微鏡(STM)を用いて観察した。モアレパターンの見え方の変化を調べることで、窒化鉄膜に局所的なひずみが誘起されていることがわかった。またこのひずみの分布を2次元的に可視化した。このひずみは通常のSTM観察の分解能では観察のできない小さなひずみであり、モアレパターンを利用したひずみ観察によってはじめて可能になったものである。

従来のセラミックスの製造工程では、焼成工程が必須であり、この工程では、多くのエネルギー消費、二酸化炭素排出量がある。しかし、私たちの研究室では、焼成工程を省いてセラミックスを固化させる技術を開発した。この固化メカニズムに関して、電子常磁性共鳴によって調査した。

半導体開発において高密度化が進んでおり、更なる発展の為には3D Siの側壁面やファセット表面の清浄化、及び機能性ナノ薄膜形成を制御する必要がある。本研究では、高機能化が期待できるピラミッド構造を対象として、3D Si{111}ピラミッドの作製、ファセット表面の清浄化、及びFeシリサイドナノ薄膜形成の制御を目的とした。これらの構造評価はSEM、LEED観察用いて達成された。

Si(111)基板上にPbが1/6MLまたは1/3ML蒸着された√3×√3表面超構造は、STM測定や理論計算により構造モデルが提唱されているが、正確な構造決定には至っていない。本研究では、√3×√3周期を示す表面超構造について全反射高速陽電子回折実験にデータ駆動科学手法を取り入れた構造解析を行った。講演では、解析結果と従来の構造モデルとの比較から、本研究における構造モデルの妥当性を検討する。

RHEED（反射電子回折）強度の解析で、水素からの散乱を取り入れた金属表面水素の位置決定が可能であることを、多重散乱理論計算に基づいて示す。今回はPd(100)上の水素が0.5ML吸着して形成するc(2x2)構造を例に取り上げる。水素位置検出を定量的に行うために判別関数を導入した。解析に必要な水素位置変化に敏感な回折条件を選び、そこでの分数次反射強度の解析が有用であることを示す。

TiO₂(110)-(1×2)再構成表面の全反射高速陽電子回折(TRHEPD)の結果、非対称Ti₂O₃-added row構造というモデルが提案された。対称Ti₂O₃-added row構造、非対称Ti₂O₃-added row構造それぞれについて、密度汎関数計算を行い、非対称Ti₂O₃-added row構造の安定性や安定化機構について議論する。

高いエネルギー分解能を持つ二次元分析器Compact DELMAと、走査電子顕微鏡機能を持つ小型電子線鏡筒（APCO社MINI-EOC）とを組み合わせた「原子分解能ホログラフィー顕微鏡」について報告する。ナノ領域を走査電子顕微鏡で確認し、そのナノ領域の中の孤立原子の周りの3次元原子配列構造をホログラフィーで直視することができる。エネルギー分解能が高いため、価数を分離してホログラフィー解析が行える。

物質にイオンを衝突させると表面から2次イオンを質量分析する手法をSIMSと呼び、表面を高感度に分析する手法として活用されてきた。講演では、近年のSIMS技術の飛躍的発展を支えるイオンビームや先端質量分析法を紹介し、今後取り組むべき技術課題や本技術の持つ将来展望について議論したい。

透過電子顕微鏡は高い空間分解能で物質を観察できる計測装置であるが、透過電子を用いた結像を行う関係上、基本的には対象物の２次元投影情報を得ることになる。本講演では、透過電子を用いた３次元構造観察手法の高精度化の達成とさらなる発展に向けた最近の取り組みについて紹介する。

鉄鋼材料内部に侵入した水素が材料の亀裂や破壊を引き起こす水素脆性を解明するために、電子遷移誘起脱離法（ESD）から得られる鉄鋼試料の水素分布の経時変化と、走査型電子顕微鏡（SEM）および後方散乱電子回折（EBSD）から得られる結晶構造や結晶方位に関する測定データを融合して、マルチモーダルなデータとして解析し、水素透過と結晶構造の関係を調べた。

TOF-SIMSでは、共存物質によるマトリックス効果により、分析結果が複雑化してしまい、定量や界面評価が困難になる課題がある。マトリックス効果の補正方法も提案されているが、補正の適用にはある程度濃度応答性のある二次イオンが必要であり、必ずしも得られるとは限らない。本研究では、二種類の有機物質積層試料における定量や界面評価について、情報エントロピーの応用の可能性を検討した。

複雑な試料のTOF-SIMSデータの解釈には、これまで主成分分析などの多変量解析が用いられてきたが、これらは線形的なモデルであり、マトリックス効果などがある試料に対応できない。そこで本研究では、人工ニューラルネットワークを用いた教師なし手法の一つであり、非線形的なモデルの作成が可能な自己符号化器(autoencoder)を用いて、高分子試料のTOF-SIMSデータの解析における有用性を評価した。

20eV程度以下の二次電子による微細構造を解釈するため、加速電圧を変えて計測した対数表現の微分スペクトルを用いて、低速のオージェ電子の寄与を解析した。Alではオージェ電子の寄与はほとんど無く、その微細構造はプラズモンの崩壊に伴う二次電子による。TiではMVVオージェ電子とプラズモン崩壊による二次電子以外に由来する構造も認められ、空準位に励起された電子によるカスケード起因の可能性がある。

本発表では、化合物の分子構造（原子配置）のみから原子化エネルギーを学習する過程において、密度汎関数理論に基づくことで電子構造を獲得する、新たな深層学習モデルを提案する。我々はこの提案モデルを、化合物とその物性に関する大規模データベースであるQM9を用いて学習し、物性の外挿予測性能を評価した。

ピークフィッティングのようなスペクトルデータ解析では，フィッティングモデルのパラメータ探索に煩雑な作業を要することが研究サイクルの大きなボトルネックとなっている．本講演では，効率的なピークフィッティング手法の一つとして， EMアルゴリズムを応用したスペクトルデータの高速・自動ピークフィッティング手法，および， ECMアルゴリズムの枠組みによる手法の拡張とその適用事例について報告する．

我々は永久磁石をターゲットに、機械学習と第一原理計算を用いて有望な磁石化合物を効率的に探索する手法の開発を行っている。本公演では機械学習の方法のひとつであるベイズ最適化を用いた手法について発表する。我々の提案手法によって磁化・キュリー温度・生成エネルギーなどの磁石化合物にとって重要な物性値を、添加元素の選択やその量について効率的に最適化できることを示す。

Understanding the function of real materials in heterogeneous system, such as magnetic domain and metallographic structure, has been a outstanding issue in materials science. Thus the development of a consistent and fast analysis method that consider the defects, roughness, crystal sizes, etc. is utmost important. Here we are developing a machine learning-based formula that can treats the microscopic morphology and describes the macroscopic properties based on the energy of the system. One interesting application is to describe the coercivity based on the structure and micromagnetic properties. The Landau free energy theory is very hard to be implemented in complex applications due to the pinning de-pinning process of the domain walls. Thus, the development of pseudo free energy that considers the metallography structure is necessary to describe the physics in inhomogeneous polycrystalline systems.

There are a lot of electron-beam based techniques in surface analysis, and each of them has its own characteristics, but they also have, at least, one characteristics in common, the information about the target sample is obtained through the analysis of identified signal data. These techniques generally are inefficient for quantitative purpose because only the signal data contribute to the conclusions, while other detected data, the overwhelming majority of measured data, have been completely disregarded as undesirable background data. Therefore, there is a need for a universal method that could extract meaningful information from background data. In this talk, we proposed a data-driven analysis method to extract meaningful information from the background signal and to propose an important breakthrough for the next generation surface analysis. The unique feature of this method is to use the combinations of a large number of spectral groups measured by intentionally changing a plurality of experimental conditions, to describe the background data, instead of interpreting individual spectrum in terms of physically meaningful parameters.

計測データの解析に機械学習を応用することで、データ解析プロセスを大きく効率化し、材料開発を加速できると見込まれる。本講演では、機械学習の計測データ解析における背景や課題に触れながら、粉末X線回折パターンやX線吸収スペクトルの解析における機械学習の応用事例を紹介する。

放射光実験では、複雑な高次元データが大量に得られるが、大量データを高速に解析することが課題である。我々は、測定したデータを用いてオンサイトで機械学習モデルを作成し、解析を行ない、さらにその結果に基づいて次の条件を決定し、測定を行うことを企図した。講演では、オンサイト機械学習の課題も含めて、具体的な研究事例の紹介とその可能性の議論を行う。

高電圧・パルスパワーを用いて水中や水面上で発生した放電プラズマは，非常に酸化力が強い化学的活性種を生成可能であり，環境や農業といった広い分野での応用が期待できる。本講演では，プラズマの特性として水中プラズマの発生方式や進展，化学的活性種の発生について，環境応用として汚水中の難分解性有機化合物の分解効果，農業利用として植物生育における生長促進効果，発病リスク低減効果などについてそれぞれ紹介する。

導電性ポリマーとして広く利用されているPEDOTは，一般にはモノマー(EDOT)を数時間かけて化学的に酸化重合することによって製造されている．我々は，より簡便かつ短時間の製造方法として，大気圧プラズマを用いたEDOT重合の可能性を検討した．本報告では，プラズマ処理後の液体の赤外吸収分光による解析結果を報告する．

アモルファス炭素膜をプラス化学気相堆積法で堆積させるとき，様々なパラメータがあるが，原料の供給いつも重要なパラメータである。今回，ガラス管にコイルを巻いたプラズマ源を備えたチャンバーにを使って，チャンバー内に入れた基板に膜堆積を行う際に，プラズマ源側からベンゼンを供給した場合，チャンバーの基板設置部の下側からベンゼンを供給した場合の膜中の化学結合状態の違いについて赤外分光法で調べたので発表する。

本研究の目的は，新たに開発した高密度収束プラズマスパッタリング装置を用いて，液体ガリウム(Ga)ターゲットを高密度プラズマでスパッタリングすることで窒化ガリウム(GaN)膜を成膜し，本装置のGaN成膜特性を明らかにすることである．本研究では，窒素-アルゴン混合ガス中の窒素ガス流量比のGaN薄膜のc軸配向度に及ぼす影響について調べ，窒素100%時に配向度が向上する結果を得たので報告する．

プラズマ電位上昇によってイオン化したスパッタ粒子にエネルギーを付与するため、パルスOFF期にターゲット電極に正電圧印加が可能なデュアルカソードスパッタ装置を使用し、半周期遅れで交互にバイポーラ大電力パルス駆動を行って、正電圧印加によるプラズマ電位上昇を調査した。パルスOFF期に30 V以上印加することでプラズマ電位上昇が確認でき、正電圧印加によってターゲット電極が陽極として機能することを確認した。

Mgをターゲットし，Ar-CF₄混合ガスを放電ガスとする直流反応性スパッタリング放電においてプローブ測定により得られた陰極シース電位差および陽極（接地）シース電位差，および電子／負イオン電流比についての測定結果より，電気的に陰性な直流放電の構造，さらにはプローブ測定において負イオン電流による電流−電圧特性の対称性が明確に現れないことの要因と放電構造の関連について考察していく．

高周波マグネトロンスパッタを用いて，チタン薄膜を熱酸化膜のついたシリコン基板上に成膜し，成膜位置による結晶配向の違いをX線回折のロッキングカーブを用いて調べた。基板温度300℃，アルゴン圧力 2.0 Pa，高周波電力 50 Wで作製した場合には，成膜位置による結晶配向の違いは見られなかった。この結果は，タングステン薄膜形成で得られた，外側位置において異なる配向が見られた結果とは異なる。

反応性スパッタリングに斜入射堆積法を適用し，離散的ナノ柱状構造を有するTiN膜の堆積に成功した．作製したTiN膜は，非常に強く(100)面に配向していた．微細構造による光散乱のため，作製膜の光反射率は可視光領域において大きく減少した．

新たな防曇材料として南九州特有の火山噴出物であるシラスに着目した。本研究は防曇効果を長期間維持できる防曇材料の開発を目的とする。長期に渡って周囲の湿度変化によって水分の吸着、脱着が繰り返し起こる構造を実現するために、ガラスの分相現象を利用した多孔質薄膜の作製を試みた。具体的には、分相現象を発現する分相性母ガラスターゲットの作製技術及び分相現象に基づいて多孔質化することができる成膜技術を確立した。

代表的なEC材料であるWO₃を3 Paと高い圧力で製膜し、Liカチオンが注入されやすい疎な膜構造を作製した。以前は、膜厚500 nmのサンプルは安定した着消色を示したが、1000 nmは完全に消色せず、深いトラップへ注入されたカチオンの残留が示唆された。今回は、膜厚1000 nmのサンプルへのカチオン注入を抑制するために、注入時の印加電圧を変化させ、着消色時の透過スペクトルならびに移動電荷量を比較した。

We present a study on the adsorption of corrosion inhibitors, anti-wear additives and friction modifiers from a synthetic and a mineral base oil on metal (Fe2O3) surfaces. In order to obtain quantitative and spatial data during the adsorption process we set up a combined quartz crystal microbalance (QCM-D) and confocal scanning laser microscope (CLSM). In addition to QCM-D and CLSM, also a UHV-tribometer was used to study the performance of gas phase deposited additives films without environmental interferences. In combination with macroscopic performance tests using a “ball-on-three-plates-tribometer” and corrosion tests, the adsorption, the morphology and the mechanical properties of the additives were correlated with their performance.

Friction is one of the most familiar physical phenomena to us. The behavior of friction has been studied since ancient times. Recently new experimental techniques, such as vacuum technology, friction force microscopy (FFM), and surface force measurement devices, enable us the stydy of atomic scale friction and have been ushering in a new era in friction research. Some researchers have been trying to explain macro-scale friction from such microscopic phenomena. The largest scale frictional phenomenon on Earth is earthquakes. However, the research on the connection between micro- and macro-friction has not been sufficiently successful yet. In this talk, I would like to introduce the physics behind friction phenomena from the nanoscale to the macroscale, as well as various applications.

Superlubricity, where the friction vanishes or significantly small, is of great interest in friction and it has been realized at the nanoscale in the piconewtons, but not yet at the macroscale. We demonstrate the macroscopic superlubricity is realized using a superlubric pillar array. The superlubricity of piconewtons appearing at a single silicon nanopillar is a novel type, which is quite different from the structural superlubricity studied so far and enables the macroscopic superlubricity. The conditions at which the macroscopic superlubricity appears are summarized using the friction coefficient and the viscous friction coefficient. This work clarifies the factor that controls fiction at the macroscopic scale.

Molecular mechanisms of lubrication have been studied by high resolution atomic force microscopy (AFM). We will report on two different material system, which exhibit fascinating lubrication properties at the nanometer scale. Graphene is the two-dimensional building block of graphite, a well-known solid lubricant. We will report how friction and the molecular structure of a liquid lubricant oil change at the steel interface due to the presence of graphene. Ionic liquids are promising materials for lubrication, given their viscosity, low vapor pressure, and electric conductivity. When confined to the nanometer-scale gaps, the structure of ionic liquids becomes ordered in molecular layers. Normal forces oscillate when closing the gap between the confining surfaces. We introduce magnetically actuated dynamic shear force microscopy as a method to measure the shear viscosity of confined ionic liquids.

The Stribeck curve is a fundamental concept to characterize the shear behavior in the entire range of lubrication, including hydrodynamic, mixed, and boundary lubrication regime. This concept covers both rheological and tribological aspects, and is widely used to grasp the shear behavior of many practical systems. However, the Stribeck curve has at least two quantitative problems: (i) baseless assumption that the effect of increasing sliding velocity on lubricant film thickness (and resulting friction force) is quantitatively equivalent to that of decreasing load; and (ii) the viscosity of lubricant is regarded as constant, which is incorrect. The surface forces apparatus (SFA) is very suitable to approach this issue; the SFA enables the direct measurement of film thickness using optical technique simultaneously with friction measurements, and boundary lubrication is quantitatively described using effective viscosity. According to this approach, bulk rheological properties and thin film tribological properties have been quantitatively connected, which leads to the updated Stribeck curve for smooth surfaces.

半導体基板上に形成された単原子層超伝導相において、ステップは渦糸を排斥したりピン留めしたりなど系により様々に振る舞うが、どのようなパラメータに依存してその振る舞いが決定されるかは明らかではない。そこで、基板による違いを明らかにするため、Si(100)基板上に形成されたPb単原子層に着目し、STM測定を行った。また、わずかな違いで構造が変化するPbの蒸着量を制御するための自動制御機構を導入した。

フタロシアニン(Pc)は、熱的、化学的安定性に優れていることから、有機薄膜太陽電池などの有機デバイス材料として注目されている。Pc分子による薄膜の形成状態によって、デバイス性能に大きな影響を与える為、Pc分子の基板表面への吸着から膜形成までの過程とその状態を明らかにする必要がある。そこで、炭化ケイ素(SiC)表面上へ無金属フタロシアニン(H₂Pc)を蒸着し、吸着形態を表面電子状態により調べた。

ワイドギャップ半導体である炭化ケイ素(SiC)は、絶縁破壊電圧や熱伝導率において優れた特徴を持つ。また、SiC結晶はグラフェンなどの幾つかの再構成表面を形成する。イオン液体は、優れたイオン伝導性や熱的・化学的安定性や不揮発性といった特徴を持つ。本発表では、SiC基板表面上にグラフェンを形成し、その表面にイオン液体を蒸着し、蒸着量の変化に伴うイオン液体分子の振舞を最表面の電子状態から調査した。

6-triethoxysilylpropylamino-1,3,5-triazine-2,4-ditiol (TES)は金属に結合できるチオール基と樹脂に結合できる官能基(Siに結合する3つのエトキシ基)を併せ持つ。金属、樹脂表面に自己組織化膜を形成し、表面改質をすることが期待される。本研究では、XPS測定により銅基板上に形成したTES分子薄膜による基板表面改質や膜形成過程の解明に取り組んだ。

微細加工技術のひとつとしてナノインプリント法が広く用いられている中で,アライメントや有機材料の充填，離型時のモールド-有機材料界面の摩擦特性などのナノトライボロジー現象に関する経験的予測が難しくなっている。本研究では，ナノトライボロジー現象に起因する課題の解決のための端緒として，原子一つ一つにかかる応力がわかる原子応力分布解析を行い，せん断応力が異なってくる原因について原子レベルでの考察を行った．

外部刺激(熱・圧力・光など)によって磁性が変化するスピンクロスオーバー(SCO)錯体において、固体状態と薄膜状態で異なる磁性を示すSCO錯体が確認されている。本研究ではそのような異なる磁性を示す原因を調べるため、蒸着条件が確立されていないSCO錯体(Fe(tdap)₂(NCS)₂)について両状態における振動状態を赤外分光測定によって調べ、物性の違いの原因を議論する。

シャドーマスクを用いた真空蒸着により、有機薄膜パターンを形成することはよく用いられている。我々は、低Tgを有するフォトクロミックジアリールエテン（DAE）をマスク蒸着した際に、マスクで遮蔽されている領域まで分子が表面拡散することを見出した。これは、DAEが示すMg蒸着選択性によって確認できた。この現象は、他の低Tg有機半導体材料においても起こる可能性がある。

時間角度分解2光子光電子差分分光法を用いて、シリコン価電子バンドにおける光注入正孔の超高速緩和動力学を研究した。バルク状態間の直接遷移に起因するピークの時間変化を観測した結果、ピーク強度減少のみでなく、ピーク幅の増大及び低エネルギー側へのエネルギーシフトが誘起されることを明らかにした。これらのピーク形状変化と差分イメージの時間発展を解析し、価電子正孔系の緩和過程を支配する多体相互作用を議論する。

RhPd合金触媒は，CO酸化反応に高い活性を示すと報告されているが，その理由は明らかではない．本研究では，偏光変調赤外反射吸収分光法(PM-IRAS)と準大気圧Ｘ線光電子分光法(AP-XPS)を用いて，室温時におけるRh₁Pd₉(100)のCO吸着状態を超高真空領域から準大気圧領域まで測定した．更に測定結果と密度汎関数法を用いた表面吸着状態の理論計算とを比較した．