光STMによる半導体メゾスコピック系のナノスケールレーザー分光法の開発

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07554007
• Research Institution: TOHOKU UNIVERSITY
• Principal Investigator: 伊藤 正 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60004503)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 枝松 圭一 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (10193997) ; 張 紀久夫 大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 教授 (60013489) ; 千葉 徳男 セイコーインスツルメンツ(株), 技術総括部基礎技研, 研究員
• Keywords: 光STM / 走査型近視野顕微鏡 / 半導体メゾスコピック粒子 / ナノスケール分光 / 表面減衰波 / フォトニックバンド / ラテックス結晶 / 光ファイバープローブ

Research Abstract

1.サブミクロンの色素ドープポリマー球を2D配列させた試料について透過・発光像の光STM(SNOM)観察を行なった。2D配列中に指向性をもって広がる非局在電磁波モードの確認と、共鳴・非共鳴条件下でのパターンの変化を測定し、像形成過程についての知見を得た。また、照射、集光両モードにおける光学像がほぼ同様に見えることを明かにし、時間反転がこの系で成立することを示した。また、有機蛍光体DASTにおいて、サブミクロンスケールの微結晶形状と発光スペクトルの同時計測が可能となった。
2.真空仕様のSNOM装置の動作試験に成功した。現在液体窒素温度での測定が可能な装置へと改良中である。
3.光学測定の波長帯域及び低温測定の装置構成上の制約となる「光てこ」を廃し、自己検出化するために音叉型水晶振動子と光ファイバープローブの組み合わせを考案し、これにより「光てこ」と同程度の鮮明な像測定が可能となった。この水晶振動子は、極低温中でも動作可能である。
4.共鳴条件下のSNOM像を理論的に計算する際に、有機分極の共鳴部分だけでなく非共鳴部分をも考慮する必要がある。後者の寄与を輻射場のグリーン関数に繰り込んで、それを介して定義される前者の輻射補正により、少数自由度の非局所応答理論が再定式化されることを示した。これを用いてSNOM像のモデル計算とその操作モード依存性を計算した結果、強い操作モード依存性をもった信号像が得られた。これは各操作モードにおける信号強度の定義と配置共鳴効果(プローブ端の位置に依存した全系の共鳴条件の急激な変化)を考慮することにより解釈できる。
5.以上の成果から、光STM(SNOM)による単一及び配列微結晶のナノスケール空間分解分光の有効性が理論、実験の両面から検証されたことになり、ナノ構造物質のサイズ、形状を選別した光物性研究への展望が開かれた。

Research Products

• [Publications] Toru Fujimura: "Scanning Near-Field Optical Images of Ordered Polystyrene Particle Layers in Transmission and Luminescence Excitation Modes" Optics Letters. 22. 489-491 (1997)
• [Publications] Toru Fujimura: "Observation of Local Light Propagation in Ordered LATEX Layers by Scanning Near-Field Optical Microscope" Materials Science and Engineering B. 48. 94-102 (1997)
• [Publications] 伊藤 正: "半導体単一微粒子の光物性と微粒子素子を目指して" レーザー研究. 738-744 (1997)
• [Publications] Ryoko Shimada: "Optical Properties and Photonic Band Effect in Ordered Dielectric Particle (LATEX) Layers" Proceedings of The 7th Pan-Pacific Physics Conference (1997,、Beijing). (印刷中). (1998)
• [Publications] 伊藤 正: "近接場顕微鏡を用いた微小結晶の光物性" 日本分光学会講演要旨集. 1-6 (1997)
• [Publications] Hirosi Muramatsu: "A Self-Sensitive Probe Composed of a Piezoelectric Tuning Fork and a Bent Optical Fiber Tip for Scanning Near-field Optical/Atomic Force Microscopy" Japanese Journal of Applied Physics. 36. 5753-5758 (1997)
• [Publications] Hirosi Muramatsu: "Frictional imaging in a scanning near-field optical/atomic-force microscope by a thin step etched optical fiber probe" 71. 2061-2063 (1997)
• [Publications] Kikuo Cho: "Unified Scheme of dispersion equation for polaritons,X-ray dynamical scattering and photonic bands" Journal of Physical Society of Japan. 66. 2496-2501 (1997)
• [Publications] Kikuo Cho: "Resonant Braggscattering from a finite crystal" Materials Science and Engineering B. 48. 71-74 (1997)
• [Publications] Yasusi Ohfuti: "New method of photonic band calculation and its application" Journal of Luminescence. 72-74. 867-868 (1997)
• [Publications] Kikuo Cho: "Nonlocal Response : An unconventional aspect of the optical properties of mesoscopic systems" Proc.8-th Int.Conf.on Unconventional Photoactive Systems,Nara 1997,(Molecular Crystals and Liquid Crystals) in press.(印刷中). (1998)
• [Publications] Jun Ushida: "Dependence of Resonant SNOM Signal on Various Operational Modes" Proc.8-th Int.Conf.on Unconventional Photoactive Systems,Nara 1997,(Molecular Crystals and Liquid Crystals). (印刷中). (1998)
• [Publications] 張紀久夫: "メゾスコピック系における非局所光学応答" 日本物理学会誌. 52. 343-349 (1997)
• [Publications] 張紀久夫: "単一微粒子と光の相互作用:最近の理論的進展" レーザー研究. 25. 733-737 (1997)
• [Publications] 張紀久夫: "近接場光学物理:微視的・非局所応答の視点から" 光学. 26. 510-515 (1997)