世界に誇る原子操作技術 原子を見るための道具づくり
原子を見る、識別する、動かす。
当研究室では、非接触型原子間力顕微鏡（NC-AFM）を用いた原子評価や原子操作に関する研究を行っています。1986年に発明された原子間力顕微鏡（AFM）で原子を見るまでに約10年の歳月を要しましたが、今やこの技術は、原子を動かせるまでに進みつつあります。
現在、様々な目的のためにAFMが開発されていますが、我々は原子1個1個を見ます。AFMの特徴は、導電性の有無にかかわらず、どのような原子でも見られること。AFMでは、探針の先端の原子と試料の表面の原子との間に働く作用を探針の動きから検出し、画像化するわけです。ポイントは「非接触」。対象物の表面から0.1ナノメートルまでは引力が働くので、それに対して反発する力をかけ、「非接触」の状態を保つようにするのです。原子によっては動きの小さいものもあり、いかに感度を上げるかが課題のひとつです。
- 阿部 真之 准教授
- NC-AFM（非接触型原子間力顕微鏡）の概念図
学生が発見した世界初の技術
当研究室は、NC-AFMを使用した単原子操作に世界で初めて成功しています。ことの発端は、ある学生（当時）がゲルマニウムにスズをのせて物質の表面構造を見ていたところ、原子が動き出すのを偶然見つけたこと。
原子を操作する際は、低温の環境をつくって原子を刺激するのが通常のやり方でした。室温では、原子は振動してしまうためです。それに対して我々の手法では、室温条件で原子が横方向に入れ替わるのを発見できたことに、大きな価値があります。
組み立て機（原子・分子マニピュレータ）としてのAFM
現在、AFMでドーパント原子※をきちんと並べていき、新しいデバイスの動作原理の研究につなげられないかと考えています。大量生産への応用というより、それ以前の原理研究に積極的に活用したいと思っています。将来は、原理実験から実際に「原子を組み立てる」研究に進めていきたいですね。
大きな素材を微細に加工するという既存の技術（トップダウン方式）には限界が近づいているため、ナノレベルから組み上げていくボトムアップ方式への技術転換が予想されています。そのとき、AFMは原子の組み立て機として大いに活躍するはずです。最終的には、原子・分子レベルからの材料・デバイス開発というテーマが我々の目標といえるでしょう。
原子操作は、理論研究というよりも原理研究。科学の道具づくりです。これまでの科学でできなかったことを、道具をつくることで可能にして、新しい科学を提案していきたいと考えています。
- ※ドーパント原子：
- 不純物（ドーパント）をドーピングした原子。不純物を注入することで電流が流れるようになり、半導体の作成が可能になる。
- NC-AFM
- 手づくりの実験用機材
- Ga基板上で19個のスズ原子を動かし、
"Sn"の文字の形に並べた 
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昔から既製のオモチャで遊ぶよりも、折り紙や割り箸などを使ってものを作ることが好きでした。現在の研究に携わっているのも、装置を自作するところから始まると聞いて自分に合っていると思ったのがきっかけ。最近は、子供といっしょにガンプラ製作も再開しました。
