ナノテクノロジー;ツールと技法(完)


トップダウン方式の研究では、目的が明確である場合が多く、研究対象もシリコンなど半導体が多い。トップダウン方式は期待された通りに徐々に小さいデバイスを生み出してきた。走査型プローブ顕微鏡はナノ素材の評価と合成の両方で重要なツールとなっている。原子間力顕微鏡と走査型トンネル顕微鏡は素材の表面を観察し、そこで原子を移動させるのに使うことができる。
In top-down research, the purpose is often clear, and many research subjects are also semiconductors such as silicon. The top-down approach has gradually produced smaller devices as expected. Scanning probe microscopy has become an important tool in both nanomaterial characterization and synthesis. Atomic force microscopes and scanning tunneling microscopes can be used to observe the surface of a material and move atoms there.

それらの顕微鏡のプローブ先端を特別なものに設計変更すると、試料表面に対して構造を彫り付けたり、セルフアセンブリの補助とすることができる。走査型プローブ顕微鏡を使って原子を試料表面上で移動させることもできる。今のところこういった技法は時間もコストもかかるため大量生産には向いていないが、実験室レベルの試作には適している。
Special modifications of the probe tips of these microscopes can engrave the structure of the sample surface or aid in self-assembly. Atoms can also be moved on the sample surface using a scanning probe microscope. These techniques are not suitable for mass production because they are time-consuming and costly so far, but they are suitable for laboratory-level prototyping.

対照的にボトムアップ方式は原子や分子を組み合わせて徐々に大きな構造に組み上げようとするものである。技法としては、化学合成、自己組織化、”positional assembly” などがある。自己組織化単分子膜の評価に適したツールとして二重偏光干渉測定法がある。ボトムアップ方式のもう1つの技法として分子線エピタキシー法 (MBE) がある。
In contrast, bottom-up approach is to combine atoms and molecules gradually into larger structures. Techniques include chemical synthesis, self-assembly, “positional assembly” and so on. Dual polarization interferometry is a suitable tool for the evaluation of self-assembled monolayers. Molecular beam epitaxy (MBE) is another bottom-up technique.

ベル研究所の研究者 John R. Arthur、Alfred Y. Cho、Art C. Gossard が1960年代末から1970年代にかけて研究用ツールとしてMBE装置を開発・実装した。MBEは1998年のノーベル物理学賞の対象となった分数量子ホール効果の発見に役立った。
Bell Labs researchers John R. Arthur, Alfred Y. Cho, and Art C. Gossard developed and implemented the MBE system as a research tool in the late 1960s and 1970s. MBE helped discover the fractional quantum Hall effect that was the subject of the 1998 Nobel Prize in Physics.

MBEを使えば、原子サイズの精度で原子の層を形成でき、複雑な構造を組み立てることができる。MBEは半導体研究はもちろんのこと、新たな分野であるスピントロニクスにおいても広く使われている。また物理吸着現象は、ナノメートルサイズの物質を可逆に制御する方法として再び注目されている。
With MBE, you can form atomic layers with atomic size precision and assemble complex structures. MBE is widely used not only in semiconductor research but also in spintronics, a new field. In addition, physical adsorption phenomenon is again attracting attention as a method for reversibly controlling nanometer-sized substances.



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