(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
準周期構造を有する基板の表面上に、１種または２種以上の金属または
半金属を蒸着させて１００〜３００℃の温度範囲に保つことにより、吸着原子による、もしくは吸着原子と前記基板に含まれる原子とによる、対称性を有する微細構造を生成させることを特徴とする微細構造体の作製方法。
【請求項２】
基板の表面が、準結晶の準周期構造およびその集合からなることを特徴とする請求項１記載の微細構造体の作製方法。
【請求項３】
基板の表面が、準結晶もしくは準結晶の近似結晶における局所対称構造からなることを特徴とする請求項１または２記載の微細構造体の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、微細構造体の作製方法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、触媒や光学素子等の新素材の開発に有用で、新規な微細構造体を作製することができる新しい微細構造体の作製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
従来より、材料表面にナノ構造体等の微細構造体を作り出す場合には、一般には、単結晶材料を基板として、その表面の周期的構造上に薄膜結晶を成長させ、エッチング等の手法で加工する方法等が利用されていた。
【０００３】
この出願の発明は、以上のような従来技術とは全く異なる観点から考えだされたものであり、触媒や光学素子等の新素材の開発に有用で、新規な微細構造体を作製することができる新しい微細構造体の作製方法を提供することを課題としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
そこで、この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、以下の通りの発明を提供する。
【０００５】
すなわち、まず第1には、この出願の発明は、準周期構造を有する基板の表面上に、１
種または２種以上の金属または半金属を蒸着させて１００〜３００℃の温度範囲に保つことにより、吸着原子による、もしくは吸着原子と前記基板に含まれる原子とによる、対称性を有する微細構造を生成させることを特徴とする微細構造体の作製方法を提供する。
【０００６】
そして第２には、この出願の発明は、上記第１の発明において、基板の表面が、準結晶の準周期構造およびその集合からなることを特徴とする微細構造の作製方法を、第３には、基板の表面が、準結晶もしくは準結晶の近似結晶における局所対称構造からなることを特徴とする微細構造の作製方法を提供する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
この出願の発明は、上記の通りの特徴を持つものであるが、以下にその実施の形態について説明する。
【０００８】
まず、この出願の発明が提供する微細構造体の作製方法は、準周期構造を有する基板の表面上に、１種または２種以上の金属または半金属を蒸着させて１００〜３００℃の温度範囲に保つことにより、吸着原子による、もしくは吸着原子と前記基板に含まれる原子とによる、対称性を有する微細構造を生成させることを特徴としている。
【０００９】
この出願の発明において、準周期構造とは、以下のように定義することができる。
（１）準結晶の準周期構造
（２）欠陥を含むために全体としては完全な準周期ではないが、準周期構造の集合体とみなせるもの
（３）準結晶の近似結晶（結晶ではあるが準結晶に極めて近い構造を持つ物質）が有する構造であって、ひずみを与えられた準周期構造とみなせるもの
このような準周期構造を持つ材料としては、具体的には、Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｏ系，Ａｌ−Ｃｕ−Ｆｅ系，Ａｌ−Ｐｄ−Ｍｎ系，Ａｌ−Ｐｄ−ＲＥ（ＲＥ：希土類金属）系，Ｚｎ−Ｍｇ−ＲＥ系準結晶等を例示することができるが、もちろんこれに限定されることはない。準周期構造や、そこに含まれる５回あるいは１０回対称構造を材料の創製に積極的に利用することは、全く独創的な試みである。この出願の発明においては、この準周期構造を持つ材料を基板とし、その表面上に、１種あるいは２種以上の元素を吸着させる。吸着させる元素としては、実用性を考慮して、各種の金属や半金属元素から任意に選択することができる。ここでいう半金属とは、Ｓｉ，Ｂ，Ｇｅ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｂｉ，Ｆ，Ｔｅ，Ｓｅ等の元素をいう。吸着のための手段としては、例えば、蒸着法を利用すること等が簡便な例として示される。その後、基板を一定の温度に保つことにより、基板上に吸着原子による、もしくは吸着原子と前記基板に含まれる原子とによる、特殊な対称性を有する微細構造を自己組織的に生成させ、成長させる。基板を保持する温度および時間については、基板及び吸着させる元素の種類等によって異なるが、１００〜３００℃程度の温度で数分〜数時間程度保持する。
【００１０】
これによって基板上に生成される結晶は、基板の準周期構造の影響を受けて、必ず特殊な対称性を持った微細構造とされる。また、基板の準周期構造に存在する特殊な対称性にしたがって特定の方向に配向される。たとえば、準結晶には、正２０面体構造を持つものには局所的に５回対称構造が、１０角形構造を持つものには局所的に１０回対称構造が存在するため、これらを基板とする場合には、それぞれ、７２°（＝３６０°／５回），３６°（＝３６０°／１０回）といった、周期表面上では存在し得ない角度だけ異なった方位を持つ微細構造のみが生成されることになる。さらに、準結晶やその近似結晶の表面における局所的な５回あるいは１０回対称構造は、周期表面上では存在し得ない構造の形成の促進をもする。
【００１１】
より具体的に説明するために、Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｏ準結晶の準周期表面の構造を模式的に図１に示した。図１において、○はＡｌ原子を、●はＮｉまたはＣｏ原子を示している。
【００１２】
Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｏ準結晶は２次元結晶として知られ、図１のような準周期構造からなる面が周期的に積層しているのが特徴である。この面には、準周期構造に特有な５回対称性を持った構造が局所的に見られ、何らかの規則で配列しているようにもみえるが、決して周期的ではない。また、この５角形は上下反転した構造をも有するため、平均として１０回の対称性を持っていることになる。
【００１３】
このようなＡｌ−Ｎｉ−Ｃｏ準結晶面上に、吸着原子を成長させる様子を模式的に図２に示した。この場合、ｂｃｃ構造の（１１０）面に平行に成長する結晶を示している。図２において、×は吸着原子を示している。
【００１４】
Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｏ準周期層に吸着された原子は、図に示したように、結晶の格子と基板の原子の並びがほぼ一致する場所、すなわち、格子整合領域を中心として結晶化する。しかも、基板が有する準周期構造ゆえに、成長する結晶面内の方位は、３６°ずつ異なる１０通りの方に限定される。このような核形成の中心は基板表面上に無数にあるため、微細構造は無数に形成される。すなわち、特殊な対称性を有するナノメーターサイズの微細な結晶構造が形成されるのである。
【００１５】
これにより、これまで得られなかった元素あるいは元素同士の組み合わせによる微細構造体や新規な材料の創製が可能となる。また、たとえば、成長する結晶面内で組成が連続的に変化する微細構造を作ることなども可能となる。これは、触媒や光学素子の組成を最適化する等のコンビナトリアルケミストリーの手法をナノサイズレベルで適用可能とするものである。
【００１６】
以下、添付した図面に沿って実施例を示し、この発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
【００１７】
【実施例】
(実施例１)
２次元準結晶であるＡｌ−Ｎｉ−Ｃｏ準結晶の準周期表面を基板とし、その表面上にＡｕを厚さ０．２ｎｍに蒸着した後、１００〜３００℃で数分間保持する熱処理を施した。その結果、蒸着したＡｕと基板に含まれるＡｌとが相互拡散し、金属間化合物であるＡｕＡｌ2の微細構造からなる薄膜が自己組織的に生成されたことが確認された。
【００１８】
得られたＡｕＡｌ2薄膜のＸ線光電子回折（ＸＰＤ）像を図３に示した。図３（ａ）（ｂ）より、ＡｕＡｌ2薄膜における微細構造は、その成長場所によって、基板であるＡｌ−Ｎｉ−Ｃｏ準結晶の局所的１０回対称性に従い、３６°ずつ異なる１０通りの方位を持つことが確認された。
（実施例２）
３次元準結晶であるＡｌ−Ｐｄ−Ｍｎ準結晶の準周期表面を基板とし、その表面上にＡｕを厚さ０．２ｎｍに蒸着した後、１００〜３００℃で数分間保持する熱処理を施した。その結果、蒸着したＡｕと基板に含まれるＡｌとが相互拡散し、金属間化合物であるＡｕ-Ａｌ合金の微細構造からなる薄膜が自己組織的に生成されたことが確認された。
【００１９】
得られたＡｕ-Ａｌ合金薄膜のＸ線光電子回折（ＸＰＤ）像を図４に示した。図４（ａ）（ｂ）は結晶が示すことのない鋭い５回対称回折斑点を与えており、ＡｕＡｌ2薄膜における微細構造は、基板であるＡｌ−Ｐｄ−Ｍｎ準結晶と同じ２０面体対称性を持つものであることが確認された。また、このＡｕＡｌ2薄膜により、バルクでは存在しない新規な物質が創製された。
【００２０】
もちろん、この発明は以上の例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることは言うまでもない。
【００２１】
【発明の効果】
以上詳しく説明した通り、この発明によって、触媒や光学素子等の新素材の開発に有用で、新しい微細構造体を作製することができる新規な微細構造体の作製方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｏ準結晶の平面構造を模式的に示した図である。
【図２】Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｏ準結晶面上に吸着原子が成長する様子を例示した模式図である。
【図３】実施例において得られたＡｕＡｌ2薄膜のＸ線光電子回折（ＸＰＤ）像を例示した模式図である。
【図４】実施例において得られたＡｕ-Ａｌ合金薄膜のＸ線光電子回折（ＸＰＤ）像を例示した模式図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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