エバネッセント場の力による高分解能検出に関する研究

• Project/Area Number: 09241217
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 菅原 康弘 大阪大学, 工学部, 助教授 (40206404)
• Project Period (FY): 1997
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1997)
• Budget Amount: ¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000); Fiscal Year 1997: ¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000)
• Keywords: 近接場 / エバネセント場 / 原子間力 / 力 / 半導体探針 / 光学顕微鏡 / 散乱光 / 表面ポテンシャル

Research Abstract

探針によるエバネッセント光の錯乱過程をより定量的に実験できるように、現有の原子間力顕微鏡の改良に重点を置き、研究を推進した。
1)現有の原子間力顕微鏡の超高感度化
超高分解能のフォトン原子間力顕微鏡を開発するためは、まず、変位検出感度0.2Aの現有の光干渉計を改良し、超高感度な変位検出を実現した。具体的には、ノイズ成分の極めて少ない光源と超安定な駆動回路を購入し、検出感度0.05Aの超高感度な光干渉計を実現した。また、探針の共振周波数の変化を検出する現有の周波数変調回路(検出感度0.1Hz)を改良し、超高感度(検出感度0.01Hz)な周波数検出を実現した。
2)探針からの散乱光を検出する装置の付加
エバネッセント光の散乱過程に関する基礎的な知見を得るためには、力だけでなく、散乱光の強度やスペクトラムも測定する必要がある。そこで、探針からの微弱な散乱光を検出する装置を現有の原子間力顕微鏡に付加した。
3)力と散乱光強度の距離依存性と偏光依存性の測定
エバネッセント光を力として測定した場合、その減衰距離は入射光の波長に依存しないこと、また、力の大きさはs偏光に比較してp偏光の方が大きくなることが、我々のこれまでの実験により明らかにされている。同様の実験を散乱光の強度についても行い・比較することにより、エバネッセント光の散乱過程における力の発生機構を検討した。その結果,力の発生機構は半導体探針表面のポテンシャル変化によることが判明した。

Research Products

• [Publications] Y.Sugawara et al.: "“True atomic resolution imaging with noncontact atomic force microscopy"" Appl.Sur.Sci.Vol.113/114. 364-370 (1997)
• [Publications] M.Abe et al.: "Measurement of the Evanescent Field Using Noncontact Mode Atomic Force Microscope"" Opt.Rev.Vol.4,No.1B. 232-235 (1997)
• [Publications] T.Uchihashi et al.: "“Charge Dissipation on Chemically Treated Thin Silicon Oxide in Air"" Jpn.J.Appl.Phys.Vol.36,No.6A. 3755-3758 (1997)
• [Publications] T.Uchihashi et al.: "“Development of ultrahigh vacuum atomic force microscopy with frequency modulation detection and its application to electrostatic force measurement"" J.Vac.Sci.Technol.B. Vol.115,No.4. 1543-1546 (1997)
• [Publications] M.Abe et al.: "“Detection mechanism of optical enanescent field using a noncontact mode Atomic force microscope with a frequency modulation detection method"" J.Vac.Sci.Technol.B. Vol.15,No.4. 1512-1515 (1997)
• [Publications] N.Sasaki et al.: "“Analysis of frictional-force image patterns of a graphite surface "" J.Vac.Sci.Technol.B. Vol.15,No.4. 1479-1482 (1997)
• [Publications] J.Ohgami et al.: "“Growth of Two-Dimensional Nucleus on a Cleaved(010)Surface of(NH_2CH_2COOH)_3・H_2SO_4"" J.Phys.Soc.Jpn.Vol.66,No.9. 2747-2750 (1997)
• [Publications] T.Uchihashi et al.: "Role of a covalent bonding interaction in noncontact-mode atomic-force microscopy"" Phys.Rev.B. Vol.56,No.16. 9834-9840 (1997)
• [Publications] R.Nishi et al.: "“Simulated Computed Tomography for Reconstruction of Vacancies from Atomic Force Microscope Image"" Jon.J.Appl.Phys.Vol.36 No.10B. L1410-L1412 (1997)
• [Publications] M.Abe et al.: "“Force Imaging of Optical Near-Field Using Noncontact Mode Atomic Force Microscopy"" Jpn.J.Appl.Phys.Vol.37,No.2A. L167-L169 (1998)
• [Publications] H.Ueyama et al.: "“Stable operation mode for dynamic noncontact atomic force microscopy"" Appl.Phys.A. Vol.66(in press). (1998)