グラフェン多層構造が、C₆₀分子ベアリングの超潤滑特性に与える効果を構造最適化計算により調べた。具体的には(グラフェン)_n/C₆₀/(グラフェン)_n界面モデルにおいて、最外層のグラフェンを滑らせた時に、グラフェンが受ける水平力を計算する。n=2の場合、C₆₀分子との界面に生じた内層グラフェンのひずみが生じてC₆₀分子がスティックスリップ運動を行い、摩擦力がn=1の場合よりも増加する傾向が現れた。

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C₆₀分子ベアリングにおける転がりモード出現のメカニズムを安定構造解析により議論する。比較的高荷重の領域では、グラフェン/C₆₀/グラフェン界面におけるC₆₀分子の挙動が滑りモードから転がりモードに転移する。この転移がC₆₀分子の6個の並進・回転自由度のうちどれに起因しているのかを全エネルギーポテンシャル解析で調べた。その結果、特に2個の回転自由度がモード転移に強く影響を与えていることが示された。

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マイクロマシンの設計では摩擦を伴わない機構として、より微細なバネが求められている。本研究では、バネとしてグラフェンに注目し、２層のグラフェンの間に１枚のグラフェンを折り曲げて封入したナノダンパー構造を考える。この構造の垂直弾性を評価するために、封入したグラフェンの弾性を分子力学シミュレーションにより解析した。その結果、ナノダンパーの垂直方向の硬さが押し込み量に対して非線形に増加することが分かった。

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グラフェンは、各種デバイスへの応用が期待されて多くの研究が進められている新素材である。我々のグループではグラファイト基板に吸着したグラフェンシートの引き剥がし・接着過程を実験・理論の両面から調べている。本研究では分子シミュレーションで単層グラフェンの引き剥がし過程に現れる原子スケール摩擦を議論する。特にグラフェンのサイズと配向角度が摩擦力の大きさに著しい影響を与えることを見出したので報告する。

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原子間力顕微鏡（AFM）の探針には主にシリコン素材が用いられるが、表面微細構造の観察には高アスペクト比のカーボンナノチューブ（CNT）探針を用いるのが望ましい。本研究ではCNT探針をCNT試料上でラスタ走査させ、探針-試料間の相互作用力を計算して、CNTのAFM像のシミュレーションを行った。得られた原子スケール像は、CNT試料のカイラル数に対応した格子パターンを反映して変化することが分かった。

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これまでに我々のグループでは、グラファイト基板上に吸着したカーボンナノチューブ（CNT）を原子間力顕微鏡探針を用いて動かす前後の様子を、摩擦力マップを描いて測定することに成功している。本研究では、グラフェン基板上に吸着した単層CNTを、CNT探針で動かす分子マニピュレーションのシミュレーションを行った。基板上の単層CNTがどのような並進・回転運動を伴って動かされるのかを調べたので報告する。

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n型半導体であるNbドープSrTiO3（STO）結晶の(001)表面とアクセプター分子であるTCNQの相互作用を、光電子分光を用いて検証した。TCNQの吸着により仕事関数は上昇し、STO表面で上方バンドベンディングが起こった。この結果よりTCNQはSTO表面に対してもアクセプタとして働くことが分かった。講演では表面電気伝導度測定とNEXAFS測定の結果も報告し、界面電荷移動のメカニズムを議論する。

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摩擦力顕微鏡（FFM）探針の走査過程で、探針にグラフェンが付着して形成されたフレーク探針が超潤滑を達成することがほぼ明らかになっている。またこれまでの我々の研究では、多層グラフェン構造中のグラフェン層間の積層特性がフレーク形成過程に大きな影響を与えていることが分かっている。そこで本研究では、グラフェンシート間の整合性がフレーク摩擦に与える影響を、シートサイズの関数として評価する。

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Ni₂P(0001)およびFe₂P(0001)の電子状態を光電子分光で測定した。Ni₂Pはスパッタによって高E_b側のピーク強度が減少し、バンド全体がFermi準位側にシフトするのに対し、Fe₂Pはバンド形状の変化がほとんど見られない。これは、Ni₂Pは表面のNi 3d準位が偏析したP 3p準位と結合することで安定化(リガンド効果)するのに対し、Fe₂Pではその安定化が顕著ではないことを示す。

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酸化タンタル接合型原子スイッチを対象に密度汎関数法に基づく第一原理計算を行ったところ、銅/酸化タンタル/白金接合系の酸化タンタル中の銅ワイヤ有無により、電界強度の変化の仕方が場所により大きく変わることが確かめられた。また、白金/酸化タンタル/白金接合系では酸素空孔濃度増大に伴い、タンタル原子同士の結合が伝導経路形成に大きな役割を果たしていること、空孔の移動度が高くなることが明らかとなった。

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グラッシーカーボン電極上に、ポテンシャルステップ法によって作製したNi微粒子およびCo微粒子の表面を、ガルバニック置換法によってPtに置換したNiコア-Ptシェル微粒子およびCoコア-Ptシェル微粒子を構築した。種々の電析条件によってコアシェル微粒子を作製し、その構造と酸素還元触媒能との関係について議論した内容を報告する。

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β-FeSi₂は近赤外光のバンドギャップをもつ半導体である。我々はこれまでにβ-FeSi₂がSi基板のステップを緩和するような２次元ナノシート構造を持つことを報告してきたが、Si基板との整合性から大きく歪んでいることが予想される。 　そこで今回我々はβ-FeSi₂ナノシートの面内XRD測定による逆格子マッピングを作成し、ナノシートに導入される歪みについての解析を行ったのでこれを報告する。

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SiC上に作製したグラフェンはn-typeの特性を持つが金属を蒸着することでp-typeの特性を持たせられることが報告されている。 我々はSi-flux中で作製したSiC(0001)面上のグラフェン上に基板の温度を変えながらBiを蒸着させた。RHEEDを用いて表面構造の変化を観察し、調べたので報告する。さらにARPESを用いて電子状態を測定し表面構造との相関関係を調べたので報告する。

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本研究室では、AFM-QCM顕微鏡を用いて、グラファイトとフラーレン基板のナノすべり摩擦の測定が行われてきた。また、これまでにグラファイト基板上のフラーレンは分子ベアリングとして振る舞う事が明らかになっている。 そこで今回、AFM-QCM顕微鏡を用いて、微小荷重領域下でのフラーレン分子の回転運動と摩擦の関係を明らかにする事を目標とした。

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GeはSiに変わる次世代の半導体材料として期待されている。GeはSiよりも移動度が高いことはよく知られている。また、Geに重元素を蒸着させると、バンド構造が変化しやすくなるという報告がある。そこで我々は重元素であるBiをGe(001)清浄表面に蒸着し、RHEEDとARPESにて表面構造とバンド分散の評価を行ったので報告する。

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Si(111)清浄表面にInを蒸着し加熱することで得られる√7×√3超構造について、被覆率を1.2 MLとするhex構造と、2.4 MLとするrect構造の2種類が提案されている。このうちrect構造については盛んに研究が行われているが、hex構造に関する実験的な報告は少ない。そこで我々は√7×√3-hex構造を持つ試料の作製法を検討し、低速電子回折および光電子分光を用いて評価した。

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金属吸着Ge表面では、ラシュバ型スピン分裂や表面共鳴状態などGe表面近傍特有の電子状態を持つことが分かっている。Pb/Ge(001)表面上にGe状態と混成した表面共鳴状態が発現することが我々の先行研究で解明されている。本研究では、Pb/Ge(001)、In/Ge(001)及びPb/In/Ge(001)表面の電子状態の比較から、この表面共鳴状態の金属吸着種依存や被覆量依存などの発現条件を報告する。

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スピンを持つ酸素分子が金属表面に物理吸着する場合、化学吸着時の様な電荷移動は生じず、スピンを保持する事が知られている。実際、Ag(111)表面上の物理吸着酸素層をLEEDで観測した実験では、固体酸素と同等の構造をとる事が示唆されており、表面の影響が無視できると期待される。そこで、Ag(111)表面上に低温吸着した酸素分子に関して、STMを用いてその吸着構造や電子状態の観測を行ったので報告する。

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酸化グラフェンは、グラフェン生成の前駆体として興味が持たれている。酸化グラフェンを効率良く還元してグラフェンを生成するためには、その酸素と炭素の化学結合状態を知ることが重要である。今回我々は、吸収端近傍X線吸収微細構造測定により、さまざまな方法で酸化したグラファイト表面の電子状態を調べ、エポキシ基やカルボニル基として酸素が炭素と化学結合していることを見出した。

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我々は原子間力顕微鏡(AFM)と水晶マイクロバランス(QCM)を組み合わせた新しい方法で、探針-基板間のナノスケール接触面におけるエネルギー散逸を直接的に測定してきた。今回、従来より周波数帯の低い音叉型水晶振動子を用いて、高感度なエネルギー散逸測定を行った。

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酸化温度を増加させることによって、SiO2/Si(001)界面における酸化速度は増加する。
このとき、界面酸化速度は増加後の温度ではなく、温度差によって決定されることがわかっているが、その理論的裏付けは未だなされていない。
本研究ではSi(001)表面における表面酸化終了後に温度を増加させたときの酸化速度増速効果について 、熱歪みによるSi原子放出の観点より考察する。

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The utilization of metal complexes as a catalyst attracts much interest for photochemical hydrogen evolution reaction (HER). In this study, the HER at an ITO electrode modified with a viologen molecular layer and PtCl42- catalyst was investigated by using in situ spectroelectrochemical techniques. It was proven, from the time-resolved absorption spectroscopy coupled with double potential measurement that the electron transfer taken placed between an electrogenerated viologen radical species and proton via PtCl42- catalyst. Furthermore, the detail on kinetics study will be discussed.

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モノシランガスの放電プラズマにより水素化アモルファスシリコン薄膜を成長させた場合、その成長速度は低温側では温度によらずほぼ一定であるが、４００℃あたりから温度とともに増加する。この増分の温度依存性を解析したところ、活性化エネルギーとして1.6eVと0.9eVの二つの場合があることが明らかになった。これらの起源を成長機構との関連において検討した結果について報告する。

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これまでにSiウェハに対してフッ素ガスとの反応を利用して、その上へのめっき皮膜密着性向上が可能であることを見出してきた。本研究ではSiCウェハについてフッ素ガスとの接触による表面エネルギーや形状、組成の変化をモニターしめっきプロセスへの適合性との関係について調査した。

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シクロデキストリン・チオール誘導体（CD-SH）自己組織化単分子層（SAM）修飾Au(111)電極に機能性官能基を導入することで包接特性をより高度に制御できると期待される。本研究ではカルボキシ末端CD-SH/C₅SHおよびCD-SH/カルボキシ末端C_nSH（n = 5, 10, 15）混合単分子層修飾電極を作製し、機能性官能基によりCD-SH SAMの包接特性を積極的に制御することに成功した。

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構成原子数が数千個であるArクラスターイオンを金属に衝突させた結果、その衝撃により構成原子数がより少ないクラスターイオンに解離した。この解離特性が、クラスターイオンと金属の接触面に作用する衝撃応力と相関関係があることを見出した。今回の報告では、ターゲットとして異なる種類の金属、および金属にグラフェンを積層させた場合について検討したところ、興味深い知見が得られたので報告する。

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リチウムイオン電池はその優れた性能から様々な用途で使用されている。リチウムイオン電池の現在の主流な負極材料はグラファイトだが、リチウムイオン電池の更なる高エネルギー密度化のために新しい負極材料が求められている。グラファイトに変わる負極材料としてSiが挙げられるがSiは実用化に向けて様々な障害があるので、今回の発表ではSiを実用化するためのナノ構造を導入について報告する。

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二酸化チタンは、現在のところ唯一商業化されている光触媒であるが、その物性は未だ不明なところが多い。本研究では、水と二酸化チタンの界面で起きる光誘起超親水化を、ATR-IR分光法で観測した。ATRプリズムそのものを二酸化チタンの単結晶で作製したのは、本研究が初である。本研究で、紫外光照射によって水によるIR吸光度が減少する結果を得た。

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Ⅲ-Ⅴ化合物半導体デバイスは、厚さ数～20 nmと非常に薄い膜を僅かに組成を変えて何層も積層する構造がしばしば用いられる。その多層薄膜構造の中の各層に対して詳細に組成分析を行うことは非常に難易度が高く、バンドギャップと格子歪量計測による管理が一般的に行われている。今回は、二次イオン質量分析（SIMS）を中心に最適手法検討を行った結果を報告する。

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本研究では、2次元表示型球面鏡分析器で測定したSiC(11-20)表面における光電子の放出角度分布より、結晶構造の解析を行った。Si 2p準位とC 1s準位からのそれぞれの光電子放出角度分布は(0001)表面に対し、反転対称の関係にあることを明らかにした。さらに、原子配列モデルより角度分布および原子間距離を解析し、作製したパターンにおける光電子放出角度分布との比較から原子配列を明らかにした。

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Information on molecular and electronic structures of CO/Pt is essential to understand the role of adsorbed CO in catalytic reactions. Compare to extensive work on CO/Pt under ultrahigh vacuum, the electronic structure of CO/Pt in electrochemical environment is less understood due to the difficulty in determining it in solution. Thus, here, double-resonant sum frequency generation spectroscopy, which is a surface-sensitive nonlinear optical technique, was employed to probe potential-dependent electronic and molecular structures of CO/Pt in electrochemical environment.

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MRMC(Micro Reverse Monte Carlo〕法は，非対称分布を考慮して，XAFSを解析できる手法である．この手法を用いて，AuおよびIナノ粒子の構造解析を行った．　解が一意的であるかということに関して問題はあるものの，熱振動の分布や動径分布関数を求めることができ，ナノ粒子の構造解析に有力な手法となる．

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多結晶の金を延展した金板片の表面の観察を顕微光電子回折により行った。広立体角の光電子角度分布が測定できる表示型分析器と試料位置の２次元走査機構を組み合わせた装置を用いた。入射X線径は約300μmで試料に照射した結果、サブミリオーダーの単結晶ドメインを観察することができた。これらの成果は今後の収束X線を用いた顕微光電子回折開発の要素技術となるものである。

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多孔性配位高分子の一つであるCu-MOF-2（[Cu₂(bdc)₂(H₂O)₂]；bdc = benzdicarboxylate）の薄膜を液相エピタキシャル法によって有機分子の規整吸着構造が発現されることが知られているTiO₂(110)表面上に構築し、その構造を偏光全反射蛍光X線吸収微細構造、X線回折、走査型電子顕微鏡によって評価し、HKUST-1の結果と比較した。

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電界イオン顕微鏡（FIM）像の結像機構の詳細を明らかにするため、μプローブホールFIMを用いて単一試料表面原子位置から放射される電界イオンを直接的に計数計測し、試料探針への印加電圧依存性を調べた。異なる最良結像電場強度を持つHeとNeをイメージングガスであるだけでなく、イオン化時の電場強度を示す指標として利用し、個々の表面原子上の空間に形成されるイオン化領域の大きさと電場強度の定量的評価を行った。

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アトムプローブは表面原子あるいは原子団を電界蒸発によってイオン化して逐一検出し、かつ飛行時間法によって同定する手法である。パルス電界蒸発を起こさせるトリガーとして電圧パルスに代わり、近年は短パルスレーザーが主流になりつつある。単一試料の分析によって両者の違いを検証するために、電圧パルスとレーザーパルスのトリガーを交互に試料に印加できるシステムを構築したので、その紹介と分析結果を報告する。

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本研究室では、試料方位の異なる反射光電子回折(RHEED)による複数枚の透過パターンから3次元逆格子マップを作成する手法、方位角スキャンRHEEDを開発し構造解析を行ってきた。ナノ構造体の結晶方位、配向の決定はできつつあるが、ゆがみ量などの定量解析では測定精度に問題がある。そこで現在、短時間で高精度の測定を可能とする方位角スキャンRHEEDシステムの構築に取り組んでおり、その状況について報告する。

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XPSは試料表面の化学結合状態を評価する有力な手法の一つであるが、表面敏感であるため表面汚染の影響を受けやすく、酸化物粉体等の状態評価は困難である場合が多かった。本研究ではAr-GCIBの低損傷性とエッチングレートの材料依存性に着目し、酸化物粉体表面のクリーニングに有効であるケースを報告する。

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Pt(111)に水分子を吸着させて成長させた氷に対して和周波発生振動スペクトルを測定したところ、プロトン配向が揃うことにより強誘電性を示すことを明らかにしてきた。しかし|χ⁽²⁾|²を測定するホモダイン検出では、正確なスペクトル形状および分子配向を明らかにすることはできない。
講演では、χ⁽²⁾を測定するヘテロダイン検出和周波発生振動分光法を用い、被覆率依存性などを詳細に議論する。

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表面上への分子の吸着法として一般に加熱蒸着が用いられているが、解離しやすい巨大分子には適用できない。本研究では、溶解した分子をイオン化し表面にスプレーするエレクトロスプレーイオン化法(ESI)を用いて、フタロシアニンなどの巨大分子の吸着を試みた。走査トンネル顕微鏡(STM)を用いて、巨大分子をスプレーしたAu(111)表面を観察し、分子の吸着を確認した。

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We have been developing SPM with quartz oscillator. The important feature of the sensors is their high Q-values, which causes high sensitivity to detect the force between the tip and the sample. And the quartz sensors with appropriate configurations are expected to have far better Q-values in solution. But the tip preparation method with a high productivity has not been achieved. we have improved the process of the tip and quartz sensor preparation and the force detection property in solution, and we also applied this SPM to observe surface morphology of human hepatocellular carcinoma cell.

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溶液中の目的化学種を銀ナノ粒子(AgNP)との相互作用を利用して捕捉し、AgNPの近接状態形成により生じる局在表面プラズモン共鳴(LSP)のカップリングを利用したFlocculation-SERS法の開発を行っている。
AgNP表面にSAM膜を形成し、PMBAアニオンの-COO－及びPATPカチオンの-NH3+と溶液中の電荷の異なる対イオンとの静電引力を利用して、対イオンを捕捉と水和状態を明らかにした。溶液中のpH制御により、近接状態にある銀ナノ粒子表面のPMBAのプロトン解離状態が制御できることを見いだした。

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近年着目されているガスクラスターイオンビーム（GCIB)を用いて、有機材料の深さ方向分析（TOF-SIMS)を実施した結果について、報告する。

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有機金属分子線エピタキシー法を用いてGaP(001)基板上にGaAsN混晶を成長した.．520℃でGaP基板表面にTDMASbまたはTEGaを照射し，GaAsN/GaPヘテロ成長への表面処理の効果を調べた．Sb終端させた表面にGaを照射すると，サーファクタント効果によりGa液滴を低密度(8×10⁸cm^-2)で形成でき，その表面にTDMAAs，DtBSeを照射すると平坦で広いテラス膜となった．GaAsN/GaPは約3.7%と大きな格子不整合差があるが， 界面でSbとGa処理をすることで結晶性の大幅な改善ができた．

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MOMBE法を用いてSi(110)基板上に GaAsNを成長した。TDMAAsを用いた表面処理により，550℃の低温でSi(110)基板の清浄化ができた。また，表面をTDMASbおよびTEGa照射処理すると成長膜の結晶性が改善し，370～470℃の低温でも成膜可能となった。低温成長化でNの取り込み効率が向上し，N組成約14%のGaAsN(110)膜が成長できた。

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TDMAAsとTDMAASbを用いたMOMBE法によりGaAs(001)基板上にサブミクロンサイズのGaAsSbドットを作製した。V族原料と表面との反応制御により10⁷cm^-2程度の低密度で高さ約110nm、直径240~550nmのドットが自己形成できた。V族原料比によりAs組成を5~94%まで制御できた。ドット直径はAs組成53%までは比例して増大するが、それ以上では減少した。ドット側面が{112}から{111}に変化しており、基板との格子不整合差とファセット形成がドットの自己形成過程に寄与することがわかった。

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近年、各種可視光応答性光触媒材料を薄膜化する事によって、膜中の欠陥濃度が低下し、光触媒能が向上することが報告されている。
我々は、光触媒材料の一つとして注目されているバナジン酸ビスマス (BiVO4)について、PLD法による各種基板上での薄膜化を試した。
作製されたBiVO4薄膜の結晶構造評価をXRD法によって調べた。また、同薄膜の電子状態をXPSやUV-vis分光によって調べた。

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ゾル・ゲル法を用いてSi(001)および石英基板上にCuAlO薄膜を成長した. ゾル溶液は，酢酸銅一水和物，硝酸アルミニウム九水和物，硝酸，および2-プロパノールを用いて50℃で作製した．スピンコート法で基板上に塗布した後，窒素雰囲気中で1時間加熱処理することで結晶化させた．300℃以下の低温プロセスで光学バンドギャップが5.3eVで，可視光領域の透過率が80%以上のCuAlO薄膜が形成できた．

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MOMBE法を用いてGaAs(001)基板上にサブミクロンサイズのGaAsSbドットを形成した後，窒素ラジカルを照射した．ドット裾野のみが高くなることから，格子歪の強い領域で窒化が促進されることがわかった．窒化なしのGaAsSbドット表面にInAsを成長すると[1-10]方向に長く異方性成長するが，窒素ラジカルとの反応で強く窒化された裾野領域によりドットへの原子拡散が抑制され，GaAsSbドット上に等方的にInAs層を成長させることが可能となった．

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絶縁体上のSiC基板でのグラフェン形成は、グラフェンの生産性とデバイス応用の面から期待される。本研究では、3C-SiC/SiO2/Si基板上へイオンビーム照射をした後、UHV内において1200℃で1分間アニールする表面分解法により、エピタキシャルグラフェン形成を行った。STM観察とXPS測定を行い、イオンビーム照射強度とグラフェン形成への影響について評価する。

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