話の内容 前半：イントロ ～摩擦ゼロ研究の位置づけ 後半：...

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文部科学省 戦略的研究基盤形成支援事業 第2回シンポジウム 2009年11月28日（土）

ナノから摩擦ゼロを目指すナノから摩擦ゼロを目指す～～ 省エネルギーシステムを作って省エネルギーシステムを作って、、測る測る

CC6060 ベアリングベアリング

① 摩擦ゼロ超潤滑超潤滑

②② 摩擦∞超接着超接着

CNT CNT バンドルバンドル

③ 摩擦測定破壊測定：摩耗破壊測定：摩耗非破壊測定：非破壊測定： ＤＬＦＭＤＬＦＭ

佐々木佐々木 成朗成朗理工学部 物質生命理工学科

摩耗摩耗

話の内容

前半：イントロ～ 摩擦ゼロ研究の位置づけ

後半：プロジェクトの成果

全ての機械に適用可能分散メッキ・グリースへの応用

床の上にばらまかれたパチンコ玉は・・・

摩擦を減らす！

C60（ボール）

グラファイト（シート）

グラファイト（シート）

本研究のコンセプト

同じ系をナノスケールで実現したい！

超潤滑材料の発明

一兆分の1ニュートン

の摩擦

○ナノ環境科学：省エネルギー・環境問題○ナノバイオ：人工分子モーター、生命の定義

「ボールベアリング」

①① 摩擦ゼロの極限（超潤滑）摩擦ゼロの極限（超潤滑）～～ナノナノから目指すから目指す省エネルギー省エネルギー・・バイオバイオ～～

グラファイトナノのシート

Ｃ60

ナノのボールカーボンナノチューブ

ナノのパイプ

これらを組み合わせてボールベアリングを作ったら？

ベアリングの概念ベアリングの概念ををナノの世界に持ち込んでみるナノの世界に持ち込んでみる

着眼点：同素体を持つカーボン(炭素)材料

ナノのシート(グラファイト)

ナノのボール(C60)

探針

オリジナルのコンセプト

摩擦の研究が必要なわけ摩擦の研究が必要なわけ

理由その1：摩擦はエネルギー・経済問題に影響

理由その2：摩擦はミクロな世界をネバネバにする

理由その3：摩擦の普遍性から拓ける世界

もう少し広い視野から俯瞰すると。。。

2

摩擦の研究が必要なわけ摩擦の研究が必要なわけ理由その1：摩擦はエネルギー・経済問題に影響

摩擦をうまく減らせば、国民総生産(ＧＮＰ)の約３％(11兆円相当！)を節約出来る！

摩擦の研究が必要なわけ摩擦の研究が必要なわけ理由その2：摩擦はミクロな世界をネバネバにする

ナノ・マイクロメートルの機械をスムーズに動かすには、摩擦を減らす工夫が必要

原子を一個ずつ並べて字が書けるようになった。

摩擦の研究が必要なわけ摩擦の研究が必要なわけ理由その3：摩擦の普遍性から拓ける世界

摩擦は「相対運動する向かい合った表面」に生じる！

例）表面のサイズは問わない→階層性1. 日常生活(メートル、ミリメートルの世界)2. キロメートル以上の大きな世界3. マイクロメートルの世界4. ナノメートルの世界

階層を超えた普遍性の理解→新しいサイエンス、テクノロジーの創出へ

話の内容

前半：イントロ～ 摩擦ゼロ研究の位置づけ

後半：プロジェクトの成果

①① 摩擦ゼロ摩擦ゼロの極限（超潤滑）の極限（超潤滑） ②② 摩擦∞摩擦∞の極限（超接着）の極限（超接着）

グラフェンテープC70ベアリング 人工ヤモリテープC60ベアリング

佐々木研究室佐々木研究室 →→ 「摩擦」「摩擦」を制御するシステム、概念をを制御するシステム、概念を提案して環境・省エネに寄与したい提案して環境・省エネに寄与したい

③③ 摩擦測定摩擦測定の理論（破壊・摩耗・非破壊測定）の理論（破壊・摩耗・非破壊測定）グラファイトの摩耗 プローブ接合の破断 非破壊測定

作る（材料工学）

測る（計測工学）

文部科学省 戦略的研究基盤形成支援事業 第2回シンポジウム 2009年11月28日（土）

作る：フラーレンベアリングの超潤滑作る：フラーレンベアリングの超潤滑

C60 分子ベアリング

C60 C70

N. Itamura, K. Miura, N. Sasaki, Jpn. J. Appl. Phys. 48, 030214 (2009)N. Itamura, K. Miura, N. Sasaki, Jpn. J. Appl. Phys. 48, 060207 (2009)

3

150-200℃

BN

Area：1mm2

Thickness：1μm

150-200℃

○ K. Miura, S. Kamiya, N. Sasaki: Phys. Rev. Lett. 90, 055509 (2003)○ N. Sasaki, K. Miura: Jpn. J. of Appl. Phys.,43, 4486 (2004)

①① グラファイトグラファイト//CC6060//グラファイトグラファイトサンドウイッチシステムサンドウイッチシステム (2003)(2003)

蒸着

グラファイト

ヒーター

蒸着

面積：

厚さ：

粉末るつぼ

○ K. Miura, D. Tsuda, N. Sasaki: E-J. of Surf. Sci. & Nanotech.3,21(2005)○ K. Miura, D. Tsuda, N. Sasaki, Tribologist 49, 553 (2005)○ N. Sasaki, N.Itamura, D.Tsuda, K. Miura, Current Nanoscience 3, 105 (2007)

②② CC6060 封入グラファイト封入グラファイト (2005)(2005)グラファイトインターカレーション

硫酸 : 硝酸 = 4 : 1 + グラファイト→ 膨張（発泡）グラファイト→ +C60 : 600℃, 15 日間

硫酸 硝酸

グラファイト

グラファイト

水晶のチューブ

加熱炉

○ K. Miura, D. Tsuda, N. Sasaki: E-J. of Surf. Sci. & Nanotech.3,21(2005)○ K. Miura, D. Tsuda, N. Sasaki, Tribologist 49, 553 (2005)○ N. Sasaki, N.Itamura, D.Tsuda, K. Miura, Current Nanoscience 3, 105 (2007)

2nm2nm

[0110]

1.0nmC60

1.3nm C60

[0001]

透過電子顕微鏡（TEM）像

10nN

2nm

10nN210

-1-2

FL(n

N)

0 84Scan position (nm)

すべての走査方向に対してノイズのようなパターン FFMの原子分解能よりも

小さな超低摩擦力

試料表面内 試料垂直方向

C60 分子の 密充填構造

摩擦力顕微鏡（FFM）像

<F> → 0 : 動摩擦Fs → 0 : 大静摩擦

～ 数10 pN

FFM像の

断面

②② CC6060 封入グラファイト封入グラファイト (2005)(2005)

走査位置

Tipgraphite substrate

graphite flake

Flake_parallel

0 100

0

2

Load (nN)Fr

ictio

nal F

orce

(nN

)

Flake Friction

0.25nm

AF

DE

AB

CD

E

F

2.46A

(c)

Fpμ =0.001

K. Miura, N. Sasaki, S. Kamiya:Phys. Rev. B69, 075420 (2004)

0 50 100

0

1

Load Fz (nN)

μ＜0.001

<F

L>

(nN

)

K. Miura, D.Tsuda, N. Itamura, N. Sasaki: Jpn. J. Appl. Phys.46, 5269 (2007)

摩擦係数摩擦係数C60 封入グラファイト グラファイト

我々のグループによる測定

荷重荷重

摩擦力

グラファイト片

グラファイト試料

探針

本研究の目的:フラーレン分子ベアリングシステムの超潤滑メカニズムを分子力学法で調べる→ 優れた超潤滑システム開発のガイドラインの提案

グラファイト/C60/グラファイト界面

仮定仮定::「グラフェン探針」の準静的な走査過程

CG法(共役勾配法) を用いて

エネルギー極小点探索による

構造 適化を行う

Theory by Sasaki

Loadsm

all

Exp. by Miura

x

yzGraphite Surface

x-scan

FyFx

(x,y,z)

(x +l , y +l , z +l )ss sx y z

k x

ky

k z

ylxl

zl

Cantilever basal position

Cantilever

TipFz

Fz

Fz

Loadlarge

K. Miura, N. Sasaki, S. Kamiya:Phys. Rev. B69, 075420 (2004)

各グラフェン位置に対して

この静的なアプローチは 実験のFFM像を

うまく再現することが出来る

実験 理論

荷重大

荷重小

1.30 1.32 1.34–405.6

–405.5

1.20 1.30 1.40 1.50 1.60

–405.5

–405.0

–404.5

–404.0全エネルギー：層間距離の関数全エネルギー：層間距離の関数

全エネル

ギー

[eV

]

AB typeB typeOT type

AB 1.314 nm

B 1.321 nm

OT 1.320 nm

エネルギー

[eV]

グラファイト層間距離 d [nm]

1.3 1.31 1.32 1.33d [nm] TEM 像

我々のTEM測定Miura,Tsuda, Sasaki eJSSNT3,21(2005)

安定層間距離≒1.3nm

Sasaki et al.Jpn. J. Appl. Phys. 46,L1237 (2007)

Sasaki et al.,J. Phys.: Conf. Ser. 89,0120010 (2007)

明るい領域がC60 分子に対応

していることを示唆

4

[1010][1010]

[1230][1230]

θ =30θ =30

θ =0θ =0

Upper graphene

IntermediateC60

θ = 30θ = 30

θ =90θ =90

[1010][1010]

[1230][1230]

θ =30θ =30

θ =0θ =0

Upper graphene

Intermediategraphene

θ = 30θ = 30

θ =90θ =90

(a) C60 Bearing

(b) Graphite

[0001]

[0001]

scan

scan

超潤滑の超潤滑の走査方向依存性走査方向依存性

走査角度を変化させる: -30゜< θ < 90゜

Itamura, Miura, SasakiJJAP48, 060207 (2009)

初期構造:上層グラフェンシートとC60 分子 (あるいはグラフェンシート) のAB積層

が維持されるように配置

(a) C60 ベアリング

(b) グラファイト上層グラフェン

上層グラフェン

内包

内包グラフェン

走査

走査

超潤滑の走査方向依存性超潤滑の走査方向依存性平均水平力 <FL> - 走査角度θ の関係： <Fz> = 0.27 nN の場合

–30 0 30 60 900

Scan angle θ [deg]Mea

n la

tera

l for

ce

5

10

15

C60 BearingGraphiteC60 BearingGraphite

LF[pN]

θ [deg]

[pN]LF

29.5 30 30.50

5

10

15

θ [deg]

[pN]LF

29.5 30 30.50

5

10

15

Itamura, Miura, Sasaki, JJAP48, 060207 (2009)

[1010][1010]

[1230][1230]

θ =30θ =30

θ =0θ =0

Upper graphene

IntermediateC60

θ = 30θ = 30

θ =90θ =90

ピーク領域以外では、C60 ベアリングとグラファイトは<FL> ～ 1pNの大きさで極めて類似の振る舞いを示す

60 deg.の周期性

ピーク領域では、C60 ベアリングのピーク値

は、グラファイトのピーク値の約40% .

-30, 30 and 90 deg.でのピーク

走査角度

平均水平

力

0 2 4

(a)

Scan position [nm]

0

40

[pN]

-40(b)

(c)

0

40

[pN]

-40

0

40

[pN]

-40

nm25.03 02 == aa

LF

LF

LF

θ = 30θ = 30

θ = 15θ = 15

θ = 0θ = 0sliding

sliding slip

slidingslip

P

Q

RP

Q

R

P

Q

R

PQ

R

P

QR S

P

Q

R

S

nm44.03 01 == aa

02 3aa =nm25.0=

01 3aa =nm44.0=scan

scan

超潤滑の超潤滑の走査方向依存性走査方向依存性

Itamura, Miura, Sasaki, JJAP48, 060207 (2009)

水平力曲線は

走査方向に非常に敏感↓

内包C60 分子の動力学を

反映

走査

スライド スリップ

走査

スライド

スライドスリップ

–30 0 30 60 900

Scan angle θ [deg]Mea

n la

tera

l for

ce

5

10

15

C60 BearingGraphiteC60 BearingGraphite

LF[pN]

θ [deg]

[pN]LF

29.5 30 30.50

5

10

15

θ [deg]

[pN]LF

29.5 30 30.50

5

10

15

走査角度

平均水平力 (a)

(b)(c)

原子スケール摩耗原子スケール摩耗

摩耗無し摩耗無し

文部科学省 戦略的研究基盤形成支援事業 第2回シンポジウム 2009年11月28日（土）

4. 4. 測る：摩擦力顕微鏡（測る：摩擦力顕微鏡（FFMFFM））

グラフェンの生成、単離のメカニズム

N. Sasaki et al., e-J. of Surf. Sci. & Nanotech. 7, 173 (2009)

グラファイトグラファイト/C/C6060//グラファイト界面グラファイト界面

モデリング

摩擦力顕微鏡探針摩擦力顕微鏡探針を考慮した多層グを考慮した多層グラフェン系ラフェン系

グラファイト/グラファイト界面がスライドする可能性もある

0 2 4 6

–2

0

2

0 2 4 6

–2

0

2

–2

0

2(2)

z=2.6 A

(3)z=2.5 A

(4)z=2.4 A

(5) z=1.4 A

0 2 4 6–2

0

2

(a) Tip - Surface (1st) (b) 1st - 2nd (c) 2nd - 3rd

(1) z=3.0 A

(c-2)

(a-5) (b-5) (c-5)

–2

0

2

–2

0

2

–2

0

2

(a-1) (b-1) (c-1)

–2

0

2

(a-2) –2

0

2

(b-2)

–2

0

2

(c-3)

–2

0

2

(c-4)

–2

0

2

(a-3) –2

0

2

(b-3)

–2

0

2

(a-4) –2

0

2

(b-4)

x [A]x [A] x [A]x [A] x [A]x [A]

y [A]y [A]P Q

P Q

insub1r

intipr in

sub2r

slipslip

uniform deformation

uniform deformation

Smalloscillation

探針、第探針、第11層、第層、第22層の（相対）運動層の（相対）運動 往路往路

0Å ≤ x ≤ 2.2Å2.3Å ≤ x ≤ 5.0Å

0Å ≤ x ≤ 2.5Å2.6Å ≤ x ≤ 5.0Å

N. Sasaki et al., e-J. of Surf. Sci. & Nanotech. 7, 173 (2009)

第1層に対する

探針

第2層に対する第1層

第3層に対する第2層

連続

スティック・スリッ

プ

一体化

一体化

スティック・スリップ ＋

一体化

軌跡の縮小：探針の押しつけに伴い、探針が第1層と強く物理吸着する。

ナノ探針状態

⇒ FFM探針は表面第一層を測定

遷移（中間）状態

グラフェン探針状態

⇒ FFMは

表面第一層と二層間などの内部摩擦を測定

5

平均水平力の荷重依存性平均水平力の荷重依存性 往路往路

N. Sasaki et al., e-J. of Surf. Sci. & Nanotech. 7, 173 (2009)

3ht z [A] < Fz > [nN]

Intermediate< Fx >[pN]

sGraphene Tip

Monolayersliding

Double-layersliding sets in Uniform

deformation

(2)

(4)

(2)(3)(4)

(5)

0 10 200

0.05

0.1

(1)

100

50

Nanotip

(3)

(1)

力増加

急激な増加

さ

に

単層滑り

一様変形二層滑り開始

グラフェン探針

遷移(中間)探針

局所的なピーク

ナノ探針

探針先端に応力集中（探針/第一層

グラフェン間の摩擦） グラフェン

シート間の摩擦に切り替わる

変化は大きくない

dither

STMDLFM

Theory

Exp.

-14.5 +10.6

TRfΔ

0 70

dither

-14.5 +11.8 590 660[Hz]

TRfΔ [Hz] zΔ [pm]

z [pm]

理論

実験

Si(111) 7x7 表面

N. Sasaki, S. Kawai, H. Kawakatsu, Phys. Rev. B80, 193402 (2009)

Ce-F Ce-UFCo-F Co-UFRest Rest

Faulted Unfaulted

y

x

y

x

文部科学省 戦略的研究基盤形成支援事業 第2回シンポジウム 2009年11月28日（土）

5. 5. 測る：動的水平力顕微鏡（測る：動的水平力顕微鏡（STM/DLFMSTM/DLFM））～～ ピコテクに向けてピコテクに向けて

S. Kawai, N. Sasaki, H. Kawakatsu, Phys. Rev. B79, 195412 (2009)

STM/DLFMシミュレータの開発

プレス発表日刊工業新聞2009年11月18日(火)朝刊22面

探針をディザ（振動）させて、平均トンネル電流を一定にして制御する事で、探針-試料間距離の熱ドリフトを抑制 ⇒ STM/DLFM 制御を使用

Nanosensor: NCH-SSS探針半径: 2nmF1st = 300 kHzF2nd =1.8 MHzfTR = 2.2 MHzQ=150,000

*Nanosensor SuperSharpSilicon™http://www.nanosensors.com/

Kawai et al., APL86, 193107 (2005), APL88 (2006)○ 水平ディザ振幅 Adith ：sub Å○ 有限のAdithがSTM像に与える影響は理論的には未解明

動的水平力顕微鏡 (DLFM)

本研究の目的有限のディザ振幅AdithがSTM/DLFMマップに与える効果を解明して、測定誤差・精度を評価するシミュレーション法を開発

探針

ディザ

試料0.37A 4.9A

アウトプット 1: STM 像

アウトプット 2: DLFM 像( ) ( )TR TR STM dith 0, , ; , ,f x y f x y z A IΔ ≡ Δ

STM/DLFMシミュレーション法のフレームワーク

( )2

TR dith0

1 cos2t tI I x A d

πθ θ

π= +∫( )dith 0, , ;tI x y z A I=

( ) ( )STM dith 0, , ; ,z x y z x y A I≡

yxx orTR =

インプット: トンネル電流 I0 , 振幅 Adith

( )20

TR TR TR dith0TR dith

cos cos2

ff F x A dk A

πθ θ θ

πΔ = − +∫

独立軌道近似C.J. Chen, Introduction to Scanning Tunneling Microscopy, Oxford (1993).

N. Sasaki et al. , JJAP38, 192 (1999), JJAP37, L533 (1998).

rit

itt III κθ 24 ecos; −∝= ∑pz 探針 – pz アダトム 状態 の和

各ラスター走査位置に対して、

Ce-F Ce-UFCo-F Co-UFRest Rest

Faulted Unfaulted

y

x

y

x

シミュレーション法をSi(111) 7x7 表面に適用

大きい丸がアダトムと呼ばれる

外層のシリコン原子

7x7単位胞に12個の

アダトム

STMでは

アダトムが見える

走査プローブ法の標準試料

6

P QCe Co

Mx

yディザ

27 Å7.7 Å

Si4[111]探針

Si(111)7 7×

CH CH

走査

z

5

7

7

57

5y [Å]

[eV]

-0.01

0 27P Q

-0.12

[nN]

+0.05

-0.05

[N/m]

+0.28

-0.68

TRF

V

TRF ′

CoCe M

[Å]

z [Å]

z [Å]

z [Å]

z [Å]

y [Å]

y [Å]

V, FTR, F’TR マップ

短距離Si-Si 共有結合相互作用

探針高さ zCe

剛体 Si4[111] 探針: [111]軸方向に沿って3原子を単原子に付加したもの。探針高さ z: 剛体探針原子とセンターアダトム（Ce）間の距離。

Adith= 4.3 Å

0 107 0 121

Adith= 4.3 Å

0 107 0 121

Adith= 1.9 Å

0 140 0 132

Adith= 1.9 Å

0 140 0 132

Adith= 2.5 Å

0 127 0 127

Adith= 2.5 Å

0 127 0 127

Adith= 2.9 Å

0 119 0 125

Adith= 2.9 Å

0 119 0 125

ΔZ [pm] ΔZ [pm]Adith= 3.4 Å

0 116 0 126

Adith= 3.4 Å

0 116 0 126

xy

xy

Adith= 3.8 Å ~L / 2

0 113 0 114

Adith= 3.8 Å ~L / 2

0 113 0 114

0 157 0 157

Simulation ExperimentAdith= 0.37 Å

Adith= 4.9 Å

0 105 0 128

Adith= 4.9 Å

0 105 0 128

Adith= 6.1 Å

0 102 0 111

Adith= 6.1 Å

0 102 0 111

Adith= 6.8 Å

0 103 0 109

Adith= 6.8 Å

0 103 0 109

Adith= 7.6 Å ~L

ΔZ [pm]0 100

ΔZ [pm]0 111

Adith= 7.6 Å ~L

ΔZ [pm]0 100

ΔZ [pm]0 111

xy

xy

L=7.7Å 27Å

dith

er

xy

P

Q

STM 像(トンネル電流のトポ像)の振動振幅依存性nA5.0=tI

アダトム上の輝点

アダトム上の輝点が伸びる

アダトム上の輝点が伸びる 明るい縞模様

中点Mでの輝点

中点Mでの輝点

中点Mでの輝点

中点Mでの輝点

中点Mでの輝点が伸びる 明るい縞模様 アダトム上の

輝点

シミュレーションのプロファイルは実験と非常に良く一致

TR

2.216275MHzf=

TR

1250 N/mk=

PQ上のコラゲーションに, 着目すると、パターンの転移が生じる…

シミュレーション 実験

N. Sasaki, S. Kawai, H. Kawakatsu, Phys. Rev. B80, 193402 (2009)

Adith= 3.4 Å

-20.9 9.0 -3.7 9.0

Adith= 3.4 Å

-20.9 9.0 -3.7 9.0

Adith= 3.8 Å ~L / 2

-17.8 7.7 -2.0 7.3

Adith= 3.8 Å ~L / 2

-17.8 7.7 -2.0 7.3

Adith= 4.3 Å

-14.1 6.0 -2.8 9.4

Adith= 4.3 Å

-14.1 6.0 -2.8 9.4

Adith= 4.9 Å

-10.1 3.9 -0.1 6.4

Adith= 4.9 Å

-10.1 3.9 -0.1 6.4

Adith= 6.1 Å

-4.2 3.5 0.6 5.3

Adith= 6.1 Å

-4.2 3.5 0.6 5.3

Adith= 6.8 Å

-3.0 3.6 -0.4 5.0

Adith= 6.8 Å

-3.0 3.6 -0.4 5.0

-31.1 13.6 -6.9 17.9ΔfTR [Hz] ΔfTR [Hz]x

yx

y

Adith= 1.9 Å

-28.6 12.6 -4.7 11.0

Adith= 1.9 Å

-28.6 12.6 -4.7 11.0

Adith= 2.5 Å

-26.6 11.5 -4.6 10.2

Adith= 2.5 Å

-26.6 11.5 -4.6 10.2

Adith= 2.9 Å

-24.5 10.5 -4.0 9.3

Adith= 2.9 Å

-24.5 10.5 -4.0 9.3

Adith= 7.6 Å ~L

ΔfTR [Hz]-3.4 3.2 -0.3 5.3

ΔfTR [Hz]xy

Adith= 7.6 Å ~L

ΔfTR [Hz]-3.4 3.2 -0.3 5.3

ΔfTR [Hz]xy

xy

Simulation ExperimentAdith= 0.37 Å

L=7.7Å 27Å

dith

er

xy

P

Q

nA5.0=tI

アダトム上の明るい領域

アダトム上の明るい領域

アダトム上の明るい領域

アダトム上の明るい領域

アダトム上の明るい領域

アダトム上の明るい領域

アダトム上の明るい領域

中点M上の明るい領域

中点M上の明るい領域

中点M上の明るい領域

コントラストの反転

TR

2.216275MHzf=

TR

1250 N/mk=

シミュレーションのプロファイルは実験と非常に良く一致

DLFM 像(周波数シフト像)の振動振幅依存性

PQ上のコラゲーションに, 着目すると、パターンの転移が生じる…

シミュレーション 実験

N. Sasaki, S. Kawai, H. Kawakatsu, Phys. Rev. B80, 193402 (2009)

[Hz]

TRfΔ

-23.5

6.6

0Adith [Å]

L

Co

Ce

Co

P

Q

M

y

4.6

TRfΔ0

Adith [Å]

-10

0 L

-20

Ce

M

1.1Å

[Hz]

0.5Å

反転

4.6

( )TR

TR 0f

fΔ

Δ

0

1

-1

Ce

0.95

1M

0

0.95

0.5

より小さい振幅では、アダトムがDLFM像の原子分解能に寄与する。

PQ上でのDLFM像の振幅依存性

マップ 断面図( )TR , dithf y AΔ

6.0

6.5Ce

M

inversion

STMzA[Å]

2.9 6.74.8 ( )TR

TR 0f

fΔ

ΔAdith [Å]

0

21.7 pN

-2

CeCo Co

zSTM=6.2Ådither

2Adith

Ce2 X 4.8 Å

TTR=1/fTR = 0.45 μs

Tip

TRF[pN]

探針が も試料表面に近づく時でもz= 6.2 Åの高さ。

CeでのFTRの 大値はわずか1.7pN !

シミュレーションはCeでの探針高さzが、6.2 Åから6.6 Åに

分布。

ディザ1周期の間で・・・

6.6 Å

6.2 Å

反転ディザ

ピコニュートンの相互作用力の非破壊測定

探針

0

21.7 pN

-2

CeCo Co

zSTM=6.2Ådither

2Adith

Ce2 X 4.8 Å

TTR=1/fTR = 0.45 μs

Tip

TRF[pN]

ディザ

9454原子から成るSi[111] 探針の

分子力学シミュレーション↓

探針先端原子の有効水平バネ定数kTR_atom～6.8 N/m

↓水平力FTR～1.7pNに対して

水平変位ΔxTR～2.5×10-3 Åは無視出来る !

[111]

kTR_atom

ピコニュートンの相互作用力の非破壊測定

nA5.0=tIの条件下でのSTM/DLFM 測定は

探針、表面の摩耗と変形効果を 小限に抑える事が可能 ↓「ピコニュートンレベルの相互作用力の非破壊検出」が可能

⇔ 5Az >