超高真空封止型赤外顕微鏡の開発と個体物理への利用研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13354003
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 難波 孝夫 神戸大学, 大学院・自然科学研究科, 教授 (30091721)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岡村 英一 神戸大学, 理学部, 助手 (00273756)
• Keywords: 赤外顕微鏡 / 超高真空 / 高圧下赤外分光法 / 強相関電子系

Research Abstract

この研究は「超高真空封止型赤外顕微鏡」を開発することを第一目標にしている。「超高真空封止型顕微鏡」とは観測試料と共に顕微鏡の機能全てを超高真空中チャンバー内に格納し、外部からこれを操作するという全く新しい機能を備えた顕微鏡をさす。しかもこの顕微鏡は可視から赤外・遠赤外域までの広い波長領域をカバーすべきものである。これにより従来の赤外顕微鏡の持っていた致命的な欠陥を全て克服できる。
本研究では今年度以下の研究を行なって成果を得た。
1.開発すべき超高真空封止型赤外顕微鏡の製作(括弧内は本研究で決定した最終仕様)。
満たすべき性能のキーポイントとそれを実現する方策は以下の如し。
・顕微鏡の機能全てを超高真空(UHV)チャンバー内に格納し、外部からこれを操作出来る構造を持つこと。(このためにチャンバー内の光学部品はUHV仕様とした)
・固体物理における物質の物性発現機構を解明するにはその詳細な電子構造の変化を知る必要があるが、光スペクトルからその要請に応えるには赤外のみならず、紫外から遠赤外の広い波長領域をカバーする必要がある。(このため本顕微鏡は紫外から遠赤外域でほぼ透明なダイヤモンド薄膜を光学窓に用いることにより何ら光学窓を用いることなく紫外から遠赤外域をカバーできるようにした)
・固体物理への利用では強相関電子系物質の持つ高圧下での以上物性解明が大きな問題として注目されているのでこの問題を解明するための高圧下赤外分光実験をこの顕微鏡で研究できるようにすること。このためには顕微鏡の作業空間長が100mm以上必要である。(このため空間分解能の高さは追求せず、高圧セルが顕微鏡に設置できるように試料回りの作業空間を大きくとる構造にした)
以上の設計思想にもとづいて仕様を決め、真空機器メーカーに製作依頼した。納品された機器を再構築して調整し、本研究で求める性能が発揮できる構造になっていることを確認した。
2.一方,次年度(H15)に本顕微鏡を用いた固体物理での利用実験を予定しているので、それに相応しい試料の定圧での赤外スペクトルの観測。圧力下で絶縁相が安定化する事で知られているCu1-xZnxIr2S4についての光学スペクトルを初めて測定しその電子状態の知見を得た。