光第二高調波発生顕微鏡法による固体表面の観察

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07554052
• Research Institution: Japan Advanced Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 水谷 五郎 北陸先端科学技術大学院大学, 材料科学研究科, 助教授 (30183958)
• Keywords: 光第二高調波発生 / 新しい表面分析法 / 非線形光学 / 表面物性

Research Abstract

光第二高調波発生法(SHG)は高い表面感度をもち、固体表面の対称性に敏感な表面分析法である。本研究ではこの特徴を生かし、対称性に関わる物理量(表面のストレス、欠陥、電子状態の変化など)の二次元分布を測定することができるSHG顕微鏡の開発を行い、さらに実際の表面現象の観測に応用することを目的として研究を行ってきた。
1.まず構築したSHG顕微鏡の性能評価を兼ね、GaAs(110)劈開面のSH像観察を行った。観測範囲全体のSH強度は結晶の対称性から予想される偏光方位角依存性を示し、また劈開面上の微小構造(ステップ、ホール等)を反映したコントラストをもつ空間分解能約1μmのSH像を得ることができた。特に異常にSH強度の強い領域を発見し、その原因が劈開時に生じた剥げかけたGaAs薄膜構造にあることを見出した。
2.典型的な有機非線形材料である尿素の微小結晶のSH像観察を行い、塊状部分でSH強度が小さく、一方、針状結晶部分でSH強度が大きく又その強度が結晶の配向に強く依存するという結果を得た。これよりSHG顕微鏡は結晶性に分布を観察する方法として極めて有効であることが示された。
3.高温超伝導体の表面電子状態分布や光触媒の活性度分布を観察することを目的に、最も重要な基礎情報であるSHGの起源を探った。SH強度の偏光・方位角依存性の測定より、表面の電気双極子による非線形感受率が二つの系のSHGの支配成分であることが分かった。
本研究で開発したSHG顕微鏡は表面分析装置として充分実用的であることが実証された。今後はいろいろな表面現象の研究に応用していく予定である。

Research Products

• [Publications] H.Tanaka: "Optical second harmonic intensity image of multi-layered metal film patterns" Progress in Crystal Growth & Characterization of Materials. 33. 129-132 (1996)
• [Publications] E.Tominaga: "Multiphoton-induced luminescence from superconducting Nb_3Sn" Progress in Crystal Growth & Characterization of Materials. 33. 73-79 (1996)
• [Publications] M.Takebayashi: "Azimuthal angle dependence of optical second harmonic intensity from a vicinal GaAs (001) wafer" Optics Communications. 133. 116-122 (1997)
• [Publications] T.Yamauchi: "Surface SHG and photoemission from Cs/p-GaAs and the Cs/O2/p-GaAs coadsorbed system" Surface Science. 363. 385-390 (1996)