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周波数変調方式AFMを用いた光誘起相互作用力計測に基づく近接場光検出

Research Project

Project/Area Number 18760030
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Thin film/Surface and interfacial physical properties
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

佐藤 宣夫  Kyoto University, 工学研究科, 助教 (70397602)

Project Period (FY) 2006 – 2007
Project Status Completed (Fiscal Year 2007)
Budget Amount *help
¥3,300,000 (Direct Cost: ¥3,300,000)
Fiscal Year 2007: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2006: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
Keywords近接場光学 / プローブ顕微鏡 / 周波数変調方式 / 散逸エネルギー計測 / 光誘起相互作用 / 表面・界面物性 / ノイズ解析 / ナノスケール評価 / 近接場光 / 光誘起相互作用力 / 散逸力 / 周波数変調 / 圧電カンチレバー / 表面物性 / 微小変位検出
Research Abstract

近接場光によって生じる種々の光誘起相互作用力を散逸力変調によって検出することで「顕微鏡装置」としても、また「計測手法」としても、全く新しい高感度・高分解能ダイナミックモード原子間力顕微鏡/近接場光学顕微鏡(DFM/SNOM)を実現・構築するべく、高感度な力検出が可能な周波数変調(FM)検出制御法を採用し、さらにDFMにおける2種類(光てこ法、自己検出法)の微小変位検出を用いた新たなDFM/SNOM装置を開発した。そのほか本研究装置のノイズ解析、光誘起相互作用力の定量化および計算機シミュレーションによる理論解析も合わせて行った。一連の研究により、周波数変調方式AFMを用いた光誘起相互作用力計測に基づく近接場光検出手法を実現し、確立した。
具体的な本研究成果としてDFM/SNOMにより高感度・高分解能な光学像を安定に得るために、顕微鏡システムが有するノイズ要因を十分に解析し、本装置の最小変位検出感度を、原子・分子分解能を有するAFMの検出感度である20fm/√Hz程度を達成し、本研究装置で分子結晶の分子分解能像が観察できた。またFM検出器の周波数帯域特性が10kHz程度まで拡張され、短時間かつ高感度な相互作用力計測が可能となった。さらに2種類のプローブによる相補的かつ精密な、近接場光検出の距離依存性測定を行ったことで、近接場光が探針に働く力へと変換されるメカニズムとして光放射圧、光誘起静電気力、光熱応力などの複合的な要因があることが確認されるに至った。

Report

(2 results)
  • 2007 Annual Research Report
  • 2006 Annual Research Report
  • Research Products

    (6 results)

All 2007

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (5 results)

  • [Journal Article] Multi-probe atomic force microscopy using piezoelectric cantilevers2007

    • Author(s)
      N. Satoh, E. Tsunemi, Y. Miyato, K. Kobayashi, S. Watanabe, K. Matsushige, H. Yamada
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics 46

      Pages: 5543-5547

    • Related Report
      2007 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Local Surface Potential Measurements on Oligothiophene Molecular Films between Metallic Electrodes by Kelvin Probe Force Microscopy2007

    • Author(s)
      Y. Onoyama, K. Kobayashi, N. Satoh, K. Matsushige and H. Yamada
    • Organizer
      15th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy
    • Place of Presentation
      Atagawa, Japan
    • Year and Date
      2007-12-06
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] Surface potentials of PCBM molecular films under light irradiation investigated by FM-DFM/KFM2007

    • Author(s)
      M. Yamaki, N. Satoh, S. Katori, K. Kobayashi, K. Matsushige and H. Yamada
    • Organizer
      15th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy
    • Place of Presentation
      Atagawa, Japan
    • Year and Date
      2007-12-06
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] Development of multi-probe AFM with optical beam deflection method2007

    • Author(s)
      E. Tsunemi, N. Satoh, K. Kobayashi, K. Matsushige and H. Yamada
    • Organizer
      Materials Research Society Fall Meeting
    • Place of Presentation
      Boston, USA
    • Year and Date
      2007-11-26
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] Local surface potential measurements of oligothiophene molecular films connected to nano-gap metallic electrodes by Kelvin probe force microscopy2007

    • Author(s)
      N. Satoh, Y. Onoyama, K. Kaisei, K. Kobayashi, K. Matsushige and H. Yamada
    • Organizer
      CREST Workshop on Molecular Nano-Electronic Devices
    • Place of Presentation
      Kyoto, Japan
    • Year and Date
      2007-11-19
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] 可視光入射によるFM-DFM/KFMを用いた有機分子薄膜の表面電位計測2007

    • Author(s)
      佐藤宣夫, 山木理生, 香取重尊, 小林 圭, 藤田静雄, 松重和美, 山田啓文
    • Organizer
      第68回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      Sapporo, Japan
    • Year and Date
      2007-09-08
    • Related Report
      2007 Annual Research Report

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Published: 2006-04-01   Modified: 2016-04-21  

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