コンパクト走査型トンネル顕微鏡 NaioSTM

極限まで小さな世界、原子像を可視化できる走査型トンネル顕微鏡（STM)は、1981年にスイスのIBM研究センターでBinnigとRohrerによって開発されました。このSTMはさまざまな最先端の研究で用いられてきました。

1997年、NanoSurf社はSTMをさらに使いやすく、手の届く価格のコンパクトタイプのSTMを世に送り出しました。これにより、研究者だけでなく大学や高等学校などの教育現場でもSTMの利用が拡がることとなりました。

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コンパクトタイプ走査型トンネル顕微鏡 NaioSTM 特徴

講義や実験室で使えるSTM

今では全世界で1,000を超えるNaioSTMが利用されている理由はその性能と使いやすさです。

・原子像を安定して取得できる性能を持っています。
・学生の前で失敗せずに原子像を見せることができます。
・教室や講義室へ持ち込み、その場で測定できます。
・学生自身がすぐに使えるようになり、技術への興味を高めることができます。
・安価なPt/Ir線を切断するだけでプローブをその場で作製できます。劇薬を使うエッチングなどは必要ありません。

サンプルは数秒でセットアップ完了

金属板上のサンプルをホルダーにセット

サンプルをセットしたホルダーをSTMヘッドへ

ラボや教室で原子像を！

サンプルをセットしたあとは、自動アプローチ機能によってプローブを安全にサンプル表面まで近接できます。近接したあとは、「RUN」ボタンをクリックすると表面のスキャンが始まり、その場で表示されます。

標準サンプルのHOPGの測定例です。表面全体から原子像への拡大もマウスで範囲を指定するだけです。

拡大していくと、グラファイトの原子1個1個の構造が現れます。

NaioSTM仕様
スキャン範囲 (XYZ)	500nm x 500nm x 200nm (代表値)
測定分解能 (XYZ)	7.6 pm x 7.6 pm x 3.1 pm (代表値)
トンネル電流増幅	0.1 – 100 nA (25pA ステップ)
イメージングモード	定電流モード(トポグラフィー)、固定Zモード（電流像）
スペクトロスコピーモード	電流-電圧スペクトル、電流-Zスペクトル
リソグラフィーモード	パターニング
サンプルアプローチ機構	Stick-slipモーターによる自動アプローチ
サンプルサイズ	直径10mm以内、厚み3mm以内
測定点数	イメージングは最大2048 x 2048, スペクトロスコピーモードでは65335点
スキャン速度 (ラインレート)	10Hz
対応PC	USB2.0ポートを有するWindows 7以降(Windows 10推奨)
電源	90-240V AC, 50/60Hz, 30W
寸法・重量	204mm x 204mm x 104mm, 3.45kg

コンパクトタイプ走査型トンネル顕微鏡 NaioSTM オプション

グラファイトサンプル(HOPG)

すぐに測定ができるように、金属のスタブに固定したHOPGです。劈開することで常に清浄な表面を露出することができます。STMやAFMの測定にご利用ください。

Pt/Ir スペアワイヤー

STMのプローブを作製するPt/Irワイヤーです。付属するワイヤーが短くなってきたらスペアをお求めください。

アクティブ防振台 IsoStage300

NaioAFM/NaioSTM用のIsoStage300は、小型・高性能のアクティブ防振台です。固体振動によるノイズを低周波数帯から高周波数まで効果的にキャンセリングできます。

原子分解能のHOPG像

グラファイト(HOPG)像
XY-area: 2nmx2nm; z-range: 0.2nm

グラファイトを観察すると、白・灰色・黒のスポットとして原子格子が現れます。明るいスポットでは高いトンネル電流が流れ、暗い点では低いトンネル電流が流れていることを意味します。

原子格子モデルから、グラファイトの結晶格子は平面内ではどの炭素も等価に見えますが、下の層の炭素原子との距離を考えると2種類の炭素に区別されます。一方の炭素原子は下の層の炭素原子と重なって距離が近いですが、もう片方の炭素原子はちょうど下の層の六角形の中心に位置します。このような位置の違いによって、2種類の炭素が区別され、トンネル電流の異なる点として観察されたのです。

参考文献
・Phys. Rev. B. 25 (1982) 4126
・Surf. Sci. 181 (1987) 126

TaS2の電荷密度波

HTSC (YBa2Cu3O7-x) 薄膜
XY-area: 180nmx180nm; z-range: 12nm

パルスレーザー堆積法で高温超電導薄膜をSrTiO3単結晶基板の上に作製しました。STM観察の結果から、代表的な欠陥はらせん状の成長であることが明らかとなりました。この螺旋のステップの高さは1.2nmで、YBaCu3O7の単一ユニットに対応するものでした。

参考文献
・Nature 350 (1991) 279