従来のバルク半導体に代わって、2次元原子膜を用いた半導体素子を用いることで、低消費電力等を特徴とした次世代エレクトロニクスを実現できる可能性がある。原子スケールの厚さであるために、原子膜中もしくは周辺の荷電不純物等による散乱に敏感であり、電気伝導における散乱機構を解明する研究を行った。散乱を抑制可能な原子膜ヘテロ構造実現の取り組みを紹介する。

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層状金属カルコゲナイドは表面にダングリングボンドを持たず、さまざまな物性と仕事関数を持つ物質であるため、ナノ構造化によりデバイス応用が期待される。本発表では、我々が行っている流路分離型CVD成長による成長制御と、CNT等との複合材料化について報告する。

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2D物質の大面積基板作製には、何らかの3D物質基板上へのヘテロエピが必須である。我々はMEE法で作製した原子スケールで平坦なGaAsの表面(3D)をSe終端し、大面積MoSe2(2D)を作製した。また界面に形成された擬vdWギャップを超高分解能STEMで初めて観測した。講演では、サファイア(3D)上にエピ成長したh-BN(2D)を剥離層に用い、GaN(3D)デバイスを剥離・転写した研究も紹介する。

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層状酸化物をアミン水溶液中で水和膨潤・単層剥離することにより、多様な組 成、構造を持ったナノシートを合成した。得られたナノシートをビルディングブ ロックとしてナノレベルで集積化することにより、光触媒性、レドックス性、誘 電性など様々な機能性を発揮するナノ薄膜、ナノ複合体などを構築した。

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近年注目を集める二次元材料に、グラフェンのSi版やGe版と言えるシリセンやゲルマネンがある。発表者の関わるSi(111)基板上に成長した単結晶配向二ホウ化ジルコニウム薄膜表面に形成されるエピタキシャルシリセンの研究を中心に、これら非炭素14族元素の二次元材料の素子材料としての可能性について議論する。

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SiCパワーデバイスの信頼性や性能の向上において、基板結晶の高品質化が不可欠である。我々はSiC溶液成長過程において、成長方向に平行に延びる貫通転位の多くが、成長方向に垂直な基底面上への転位に変換することを見出した。また、この現象を活用することで、転位欠陥の多くが結晶の外部に排出され、結果として超高品質結晶が実現されることを示した。

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SiCパワーMOSFETが実用化され、数年が経つ。従来のSiC-MOS界面には多くの欠陥があり、酸化膜の信頼性も不十分であった。窒化法の開発により特性改善が進み、Siデバイスの特性を凌駕するMOSFETの実用化に至った。しかし、高いチャネル抵抗やしきい値電圧変動の問題など、依然として界面欠陥に由来する課題が多い。本発表ではSiC MOSFETとMOS界面の特性向上に向けた最近の進展を紹介する。

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Naフラックス法は、温度700～900℃、窒素30～40気圧の条件でGa/Na溶液中に窒素を溶解させ、過飽和状態にすることでGaN結晶を析出させる方法である。
大阪大学では、高品質化と大型結晶化の両方を実現するために、Naフラックス法を用いてサファイア上に配向した微小種結晶からのGaN結晶成長技術の研究開発を進めている。現在、微小種結晶から独立に成長した複数のGaN結晶を合体させること で、4インチ以上の高品質GaN結晶が育成されている。

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GaN系ヘテロ構造に形成したMOS界面に対し詳細な容量ー電圧（C-V）特性解析と光支援C-V評価を行い、絶縁膜/(Al)GaN界面の電子捕獲準位の特性を明らかにした。その結果をベースとして、界面電子準位とGaN系MOSトランジスタの動作安定性との関連を議論する。

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エネルギーの有効活用のカギとなるパワーデバイス用材料として、SiCの実用化が進みつつあり、さらなるワイドギャップ材料としてダイヤモンドも次世代材料の一角にノミネートされるようになってきた。ダイヤモンドで可能なパワーデバイス応用と、それに対応するデバイス構造、ウェハのあるべき姿を前提に、 CVDによる単結晶合成の現状と課題を、大面積、低欠陥、低抵抗の３重要要素について述べる。  

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ダイヤモンドは5.47eVのバンドギャップを持つワイドギャップ半導体で、将来のパワー半導体に期待されている。パワー素子に不可欠なMOS（金属・酸化物・半導体）構造は、ダイヤモンドでも、ようやく安定動作するようになり、その電気的特性から、界面物理が明らかにされつつある。本講演では 最近明らかになった結果を解説する。

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ソフトマターの物理の特徴的な研究手法である印象派物理学の手法について、しずくやバブルの動力学・テクスチャー表面の濡れなどの表面現象の研究を例にとって紹介する。手法の普遍的有用性を示すために、この他に粉粒体の研究や天然複合材料やポリマー系材料の強靭性についての研究例も紹介する。

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当研究室では二次元材料上で自己組織化するペプチドを用いてバイオセンサーやナノデバイスなどへの応用に向け尽力してきた。しかし報告されているペプチドは表面上で自己組織化に貢献しているアミノ酸部位の特定が難しい。本研究ではシルクに含まれβシート構造を成すfibroinタンパクの配列を部分的に模倣し、より単純化したGAGAGAを基本ドメインとして用い、自己組織化するかを検証した。

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固体表面上のペプチドの自己組織化ナノ構造を制御には，種々のペプチドー界面相互作用を理解する必要があり，なかでも静電相互作用に起因する表面ポテンシャルと自己組織化構造の関係は重要である．私達はグラファイトの表面ポテンシャルを変調し，そこで自己組織化するペプチド群のナノ構造を調査した．これによってペプチドの自己組織化構造には表面ポテンシャルだけではなく電気二重層の電荷分布が重要であることがわかった．

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熱分解銀ナノ粒子含有DNAナノファイバの励起波長に依存した発光を顕微分光観察した結果を報告する。DNAナノファイバは250℃で加熱すると発光性を示すカーボンナノワイヤへと変換された。また銀ナノ粒子を密に含有したとき発光は局在プラズモンプラズモン共鳴にマッチした励起波長域において発光増強とその偏光依存性が確認された。

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Functionalization of SWNTs with fluorophores attracts considerable attention for biomedical applications, however, the quenching phenomenon of fluorophores is main problem when fluorophores directly adsorbed onto SWNT surfaces.
We have succeeded in labeling fluorophore toward SWNTs with slight quenching by pretreating SWNT surfaces with ssDNA. Moreover, the quenching phenomenon of fluorophores could be controlled by regulating base sequence of fluorescent  DNA on ssDNA-SWNT surfaces.

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ハエの幼虫が体表面を保護するために分泌する細胞外物質（ＥＣＳ）に電子線やプラズマを照射すると、高真空下でも生きた状態で高分解能走査型電子顕微鏡観察が可能な事を見出した。プラズマ照射によってＥＣＳが重合したナノ薄膜が形成され、生体内部に含まれる気体や液体が保持されたためである。界面活性剤を生体表面に塗布プラズマ重合したbiomimeticＥＣＳでも生きた状態での高分解能電子顕微鏡観察が可能となった。

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ブロックコポリマーの自己組織化により数十nmのナノドメイン構造表面を作成した。このナノドメインのサイズによりタンパク質の吸着分布状態が異なり、タンパク質の吸着状態により細胞接着の挙動が異なることがわかった。特に吸着したタンパク質の距離が、ある程度離れていると細胞は接着せず、逆にタンパク質同士が凝集した状態だと細胞は接着する。これはインテグリンのクラスタリングに依存した接着挙動と理解できる。

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近年、飛躍的に発展したソフトナノ微細加工技術と極限計測技術を組み合わせることで生命を１細胞の要素から再構築する構成的アプローチが現実に利用できるものとなりつつある。この「細胞精製」「細胞配置／環境制御・計測」「１細胞レベルゲノムプロテオーム解析」という３つのステップからなるオンチップ・セロミクス計測技術の最新の状況と、その創薬、医療診断への応用展開の成果の幾つかを例として概説する。

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単鎖DNA－ポリエチレングリコール－脂質複合体（ssDNA-PEG-lipid）を用いた細胞表面修飾とそれによる細胞－基板間および細胞－細胞間接着の制御に関する我々の研究について紹介する。また，ssDNA-PEG-lipidによって誘導される細胞－細胞間接着面の可視化と分子構造－細胞間接着誘導能の関係性理解を目的に，支持脂質二分子膜を細胞膜モデルとした実験系に関する結果についても紹介する。

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基板表面の細胞親和性を局所制御することで，神経細胞の接着位置や突起伸長経路を操作し，所望の回路構造を有する培養神経回路を構成することができる．最近，神経細胞のアレイ化に用いるマイクロパターンの形状によって細胞の極性軸を制御したり，シナプス形成効率を増加させたりすることができることを見出した．また，細胞足場表面の新しい改質法として，光触媒材料を活用した液中表面改質法についても紹介する．

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生物は多様な夾雑分子が存在する環境でも標的分子を超高感度で検出できる。この能力には、生体膜の特性（流動性、非特異的吸着の抑制）が重要な役割を果たしている。我々は、高濃度に夾雑分子が存在する溶液から標的分子のみを選択的かつ高感度に計測できる技術を創出するため、ガラス基板表面にポリマー脂質膜と流動性脂質膜をパターン化形成し、厚さ数十ナノメートルのナノ空間を組み合わせた新規人工生体膜を開発した。

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固体表面に平らに吸着した脂質二分子膜（支持膜）は、ベシクルフュージョンを用いて簡単に形成することができる。これまで、支持膜とベシクルフュージョンに関して数多くの研究が行われてきたが、支持膜の分子充填密度に関する情報はほとんど得られていない。そこで本研究では、ホスファチジルコリン支持膜の分子密度について研究を行った。その結果、分子密度の時間依存性が明らかとなった。

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アルツハイマー病との強い関係性が指摘されているアミロイドβ(Aβ)の脂質膜上での凝集形態が研究されている。Aβの凝集には脂質膜の物理化学状態が関係することが知られているが、詳細なメカニズムは未だ解明されていない。本研究では、構造の異なる脂質膜へ吸着させたAβの分布をToF-SIMSにより測定した。解析の結果、脂質の種類や共存物質によるAβ吸着形態の差異が示された。

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我々の研究室では、微粒子シートを用いたナノ界面の高分解能蛍光イメージングを進めている。FDTD計算によるこれまでの研究で、金および銀微粒子の局在プラズモンはお互いに結合せず、選択的に蛍光増強に寄与することがわかっている。本実験では、これらの微粒子を任意の割合で混合し作製した二次元相分離膜をTIRF顕微鏡観察基板として用いることで、ナノ界面のイメージングにおける空間分解能について検討した。

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生体適合性材料や微細構造に沿って成長する軸索や細胞体の内部構造は、細胞内組織と細胞成長制御の関係を評価する上で重要な情報であり、我々はその評価手法の確立を目指している。今回、抗原抗体反応を用いて神経細胞内の各組織に分布するタンパク質を金ナノ粒子で修飾して、細胞内組織の金粒子をSEM観察したので報告する。

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原子レベルでの表面磁性を可視化する新規SPM計測法の開発について述べる。

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我々はナノ表面元素分析のためのX線支援非接触原子間力顕微鏡（XANAM）の開発を行っている。これはNC-AFMと放射光X線を組み合わせた手法で、これまで探針下のAu表面に対してAu-L3吸収端のX線を照射すると、探針-試料間の原子間力が変化することを、フォーススペクトルのX線エネルギー依存性から実験的に示した。今回はX線誘起の成分をフォーススペクトルから抽出し、その理論的解釈について報告する。

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新規デバイス応用の観点から、層状物質である遷移金属ダイカルコゲナイド(TMDs)の構造を制御するための様々な試みが行われてきた。今回我々は、STMを用いて単層半導体であるMo_1-xW_xS₂を観察した。その結果、グラファイト上にCVD成長した三角形状の面内ヘテロ構造を確認し、その中に一次元状にMoの濃い領域が形成されることを発見した。この構造から、成長過程の解明や新たな量子構造の作製が期待される。

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SiとGeは化学的性質が似ており、これまで走査プローブ顕微鏡によるSiGe混晶表面での各原子の識別は困難であった。我々は、原子間力顕微鏡を用いた力学的分光によって最大化学結合力を計測することでGe/Si(111)-(7×7)混晶表面上での個々のGeとSi原子を識別することに成功した。その際、より高い化学活性度を持つ探針の方がGeとSiの識別に望ましいことが判明した。また、本手法を濡れ層であるGe/Si(111)-(5×5)に適用し、最表面層の原子種を明らかにした。

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全固体型LIBの開発に向けて、その動作やLiイオン伝導を明らかにするために、充放電に伴う電極－固体電解質界面および固体電解質中のLiイオン濃度分布を測定する必要がある。本研究では、不活性雰囲気中で同電池の充放電を行い、その前後で電池断面計測を行った。とくに、ケルビンプローブフォース顕微鏡法を応用して電池内部の電位分布や電位変化部位の可視化を試みた。

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有機分子の骨格を映し出す原子間力プローブ顕微鏡(AFM)技術を、平面分子に限らず、3次元構造を持つ分子等にも応用できる技術を開発したので報告する。これには、特別な石英の力センサーや一酸化炭素分子による探針修飾の必要はなく、市販のシリコンカンチレバーを使用すればよい。そのため、今後さまざまな材料へ応用できる可能性がある。

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原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）のカンチレバー振動が減衰する仕組みを、ＡＦＭの計算モデルによる
コンピュータシミュレーションで調べた。表面とカンチレバー先端は分子動力学法による
原子モデルで扱い、その原子モデルとカンチレバーの振動を結合させたＡＦＭの計算モデルを作成した。
この計算モデルのシミュレーション結果から、原子の熱振動がカンチレバーの振動の減衰に寄与していることがわかった。 

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走査プローブ顕微鏡(SPM)は表面の微細構造を観察したり、ナノスケールの物性を計測する
強力な実験法である。この様なナノ領域では原子レベルの力学的・電子的・科学的過程が
複雑に絡み合っており、実験結果の解析は理論的な支援がなければ難しい。今回、
密度汎関数強束縛法(DFTB法)を用いた量子力学的な計算により、
走査型トンネル顕微鏡のいくつかの測定モードに対応する
シミュレーションを行った結果を発表する。

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連続弾性体AFMシミュレータによる、試料-探針間の粘弾性接触力学に関する計算例の報告を行う。試料および探針を連続弾性体と見なし、有限要素法でファンデルワールス力による変形を調べる。探針が試料に接触すると、系の振る舞いはJKR (Johnson, Kendall, Roberts)理論で記述されると仮定する。これにより、表面張力による、試料-探針の凝着を調べることが可能となる。

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ISOに設立された表面化学分析の標準化に関する第２０１技術委員会（ISO/TC201)の活動によって、オージェ電子分光、X線光電子分光、及び二次イオン質量分析の定量分析値の精確さがどのように向上してきたのかを詳細に検討することによって、表面化学分析の標準化とは何か、という疑問に答えようとする試み。

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企業では、電子分光やイオン散乱、質量分析など表面分析手法を用いて製品やプロセス途中の表面状態を管理している。国際標準(ISO)の表面化学分析に関するTC201では、既に58件の国際規格が成立している。表面分析を実施する際に参考となるガイドラインや校正方法が示されている。これらの標準化に対する企業の取り組みの現状と課題について講演する。

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企業における表面分析の標準化の現状と課題について議論する

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ISO/TC201/SC4では、主として電子分光法および二次イオン質量分析法を用いた深さ方向分析の標準化を進めている。対象とする材料系の表面垂直方向の情報を得ることを「深さ方向分析」と定義していることで、イオンスパッタリングを用いる方法に限定されない。また、系特有の性質を考慮する必要がある。(1)深さ方向分析とは何か、(2)標準化のための基本事項、(3)標準化手法を用いるにあたっての問題点を報告する。

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Correct description of the attenuation of signal electrons in the near-surface regions of a solid is essential for estimating the surface sensitivity of surface electron spectroscopies such as Auger electron spectroscopy (AES) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) etc.

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超硬工具基材において、Co結合相中のW固溶量の把握は工具性能を評価するうえで重要である。従来、WC/Co界面近傍での背面散乱電子効果が無視できないため、Co結合相中のW固溶量のオージェ分析による直接的な解析は困難であった。加えて、このような界面近傍の系の分析に関する標準化の動きもまだ無い。本研究では、オージェ分析とモンテカルロシミュレーションの組み合わせにより背面散乱電子効果を考慮し、WC/Co界面近傍でもCo結合相中のW固溶量の定量を可能とする分析手法を確立した。

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オージェ分析を用いてCuZn合金の表面組成を深さ方向に評価するためには、次の2つの課題を解決する必要がある。まずCuとZnのオージェピークの重なりによる定量誤差を補正すること、次にCuとZnのスパッタリング収率の違い、すなわち選択スパッタリングによる表面組成の変化を補正することである。本発表ではこれらの課題について検討を行った結果を報告する予定である。

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部会依頼講演のため不要。

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We report an unusual reaction channel that formate (HCOO) is synthesized by direct hydrogenation of energetic CO₂ without C=O bond(s) cleavage via Eley-Rideal type mechanism on Cu surfaces. We found that both of translational energy and vibrational energy are indispensable for CO₂ to overcome the reaction barrier and form C-H bond by capturing hydrogen adatom oncold Cu surfaces. 

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本研究の目的は、Au-TiO₂境界面におけるフェルミ準位近傍の電子状態と触媒活性との関係を明らかにすることである。Au上にTiO_x微粒子を担持させたTiO_X/Auモデル触媒を調製し、その表面構造と局所電子状態を極低温走査トンネル顕微鏡 (STM) 及び走査トンネル分光 (STS) 計測により調べた。この結果、Au(111)表面のヘリングボーン構造の特異な原子密度の箇所に直径2 nm程のTiOxクラスターが規則的に吸着している様子が観測された。

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部会セッション依頼講演なので不要。

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水分解光触媒の性能向上のため、酸素生成触媒の開発が盛んに行われている。中でも、リン酸ニッケルは効率的に水を酸化できるため、近年注目を集めている。そこで本研究では、硬X線・低エネルギーX線・軟X線といった様々なX線を用いて、リン酸ニッケル触媒のXAFS測定を行った。その結果、それぞれのXAFSスペクトルの強度の増加とともに酸素発生電流の増加が観測され、触媒の成長とともに活性が上がることが分かった。

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太陽光を用いて水分解反応を行う半導体光電極は環境低負荷な水素製造方法の一つであり、高効率化に向けて酸素生成触媒の研究が盛んに行われている。そこで本研究では、電気化学軟X線吸収分光法を用いて、ホウ酸コバルト酸素生成触媒の酸素種の電子状態を観測した。その結果、酸素発生電位においてCoO2に帰属される吸収ピークが観測され、このCoO₂がホウ酸コバルト触媒の高い酸素生成活性に寄与していることが示唆された。

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本講演は依頼講演により不要。

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２００９年にＳＬＡＣで世界初の硬Ｘ線自由電子レーザー発振が観測されてから既に5年余りを経過した。我が国のＳＡＣＬＡは２０１１年にレーザー発振を観測し、その後２０１２年から共用に供されている。現時点では、世界に２つの硬X線自由電子レーザーしかなく、三番目が完成するのは2016年～2017年と推測される。ＳＡＣＬＡはＸ線自由電子レーザーの小型化を目指したものであり、真空封止型アンジュレータとＣバンド加速管の採用によって、欧米のそれまでの計画と比較して1/3～1/4のスケールでのＸ線自由電子レーザー施設を実現した。本講演では、世界のＸ線自由電子レーザー開発状況について概説し、今後の方向性を議論して見たい。

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