分光複屈折近接場光学顕微鏡の開発とナノマイクロ機構・材料の応力・配向評価への応用

• Project/Area Number: 12131204
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture and Technology
• Principal Investigator: 梅田 倫弘 東京農工大学, 工学部, 教授 (60111803)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大谷 幸利 東京農工大学, 工学部, 助教授 (10233165)
• Project Period (FY): 2000 – 2003
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2003)
• Budget Amount: ¥27,300,000 (Direct Cost: ¥27,300,000); Fiscal Year 2003: ¥5,900,000 (Direct Cost: ¥5,900,000); Fiscal Year 2002: ¥5,800,000 (Direct Cost: ¥5,800,000); Fiscal Year 2001: ¥15,600,000 (Direct Cost: ¥15,600,000)
• Keywords: 複屈折 / 近接場光学 / 顕微鏡 / 光ファイバープローブ / ナノフォトニクス / 液晶 / 原子間力顕微鏡 / 配向 / ナノインデント / 応力 / 円偏光 / プリフォーマット / 可変偏光 / ガラスピペット / 光磁気ディスク

Research Abstract

本研究では、申請者が世界に先駆けて開発した左右円偏光光源を用いた高速複屈折測定法を近接場光学顕微鏡に応用してナノ・マイクロマシンにおける構造材料や構造体の複屈折を非破壊的にかつ高空間分解能で評価測定できるシステムを開発することを目的とした。具体的には、高速複屈折測定法を照明型近接場光学顕微鏡に適用するために、それに用いる最適な光プローブの開発および分解能を評価するとともに、開発した装置を用いて各種の光学異方性をもつ試料を観測することで、様々なナノ・マイクロマシン材料の評価に対応できるシステムを開発する。
最終年度に当たる今年度においては、開発した複屈折近接場光学顕微鏡の観測性能を評価するため、配向液晶薄膜を観測した。AFMプローブによって液晶薄膜をラビングすることで、液晶分子を直接配向させる現象を発見し、開発した複屈折近接場光学顕微鏡で評価することによってその配向特性を明らかにした。さらに、AFMプローブの走査密度を1ミクロンあたり1本程度と低くすることで、格子状の液晶配向パターンを作成および観測することに成功した。さらに、1度ラビングした方向と直角方向に再ラビング出来ることを示した。本手法は、液晶のラビングにける配向メカニズムを明らかに出来る可能性を示すとともに、新規な配向パターンを有する光情報デバイスの作成に有効となることが期待できる。
以上の研究成果の他にも、高分子フィルム断面の応力分布の高分解能観測を行い、開発した複屈折近接場光学顕微鏡の有用性を明らかにした。

Research Products

• [Publications] 大久保進也, 鈴木敬一, 高柳淳夫, 梅田倫弘: "複屈折近接場光学顕微鏡におけるプローブ出射偏光の自動補償装置の開発"光学. 32.1. 32-38 (2003)
• [Publications] 大久保進也, 高柳淳夫, 梅田倫弘: "複屈折近接場光学顕微鏡によるナノインデント試験片の応力分布の直接観測"精密工学会誌. 69・4. 521-523 (2003)
• [Publications] S.Ohkubo et al.: "Shear-Force Detection by Resusable Quartz Tuning Fork without External Vibration"Optical Review. 10・2. 128-130 (2003)
• [Publications] Shinya Ohkubo, Yukitoshi Otani, Norihiro Umeda: "Electromagnetic Field Analysis for Circularly Polarized Light at the Apex of the Near-Field Optical Probe"Jpn.J.Appl.Phys.. 42・3B. L297-L300 (2003)
• [Publications] 青野正和, 猪飼篤, 江刺正喜 他編: "ナノテクノロジー大事典"工業調査会. 989 (2003)
• [Publications] 大久保進也, 鈴木敬一, 高柳淳夫, 梅田倫弘: "複屈折近接場光学顕微鏡におけるプローブ出射光の自動補償装置の開発"光学. 32,1. 32-38 (2002)
• [Publications] S.Ohkubo, S.Yamasaki, A.Takayanagi, Y.Ohtani, N.Umeda: "Shear-force detection by reusable tuning fork without external vibration"Optical Review. (in print). (2003)
• [Publications] S.Ohkubo, N.Umeda: "Electromagnetic field analysis for circularly polarized light at the apex of near-field optical probe"Jpn. J. Appl. Phys.. (in print). (2003)
• [Publications] Kawata.S, Ohtsu M., Irie M.Ed.: "Nano-Optics"Springer. 321 (2002)
• [Publications] S.Ohkubo, N.Umeda: "Near-field scanning optical Microscope based ontast birefringence measurement"Materials and Sensor. 13・8. 433-443 (2001)
• [Publications] S.Ohkubo, A.Tukayanagi, N.Umeda: "Observation of magneto-optical disc by birefringence contrast scanning near-field optical microscope"Technical Digest of CLEO/PR 2001. I182-I183 (2001)
• [Publications] 梅田倫弘 他2名: "走査型フォース顕微鏡による表面電位の検出"精密工学会誌. 67(印刷中). (2001)
• [Publications] Norihiro Umeda 他3名: "Reflection Scanning Near-Field Optical Microscope with Elliptic Vibration Probe"Technical Digest of Near-Field Optics 6. 79 (2000)
• [Publications] Shinga Ohkubo 他3名: "Polarization property of glass micropipette for birofringence contrast near-field optical microscope"Techmical Digest of Near-Field Optics 6. 118 (2000)