2017 Fiscal Year Annual Research Report
力検出を用いた近接場光学顕微鏡による有機分子の画像化機構の解明
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16J00304
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
山西 絢介 大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2016-04-22 – 2019-03-31
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| Keywords | ヘテロダイン周波数変調方式 / 光誘起力顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
光誘起力顕微鏡は、金の探針と試料に光を集光し、互いに生じる双極子の間に働く力（光誘起力）を検出する顕微鏡である。光誘起力は、その相互作用長が短いので、数ナノメートルスケールで試料の光学特性を観測できる。そのため、光学的な分光測定ができる最も高分解能な顕微鏡として期待されている。これまでに、この顕微鏡を用いて、線形応答、非線形応答や、プラズモン局在場の観測などがなされた。これらの研究はいずれも大気中環境下における研究である。一方、真空中での観測は大気中での観測で問題となる、試料表面の水和層がない状態で観測できる。また、力検出器の力感度が二桁ほどよくなり、0.1pN程度の力の大きさでも検出することができる。したがって、微弱な光学特性の観測や、更なる高分解能化において真空中での観測は必要不可欠である。
しかしながら、真空中における観測には問題点がある。それは、光誘起力以外の力によってカンチレバーの共振周波数が変化したとき、光誘起力の信号がその変化に大きく影響されてしまうということである。これは、真空中ではカンチレバーのQファクターが高いため、小さな共振周波数の変化でも大きく光誘起力の信号が変化してしまうからである。
真空中における観測を実現する「ヘテロダイン周波数変調方式」を考案した。この方法は、カンチレバーの共振周波数の２倍からfmだけずれた周波数で強度変調をさせた光を探針に入射させる。カンチレバーでの共振の振動と強度変調をさせた光がカップリングした信号を捕らえることで光誘起力の観測を実現する。この変調方式を用いることで、超高真空中において金薄膜上の光誘起力像の取得に成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
真空中での観測方法を実現する観測方法を考案し、それによる観測に成功した。これにより、真空中で可能となる３次元的な観測など優れた観測方法が可能となった。そのような、観測にも現在成功しており、順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
３次元的な観測を内部構造を持った別の試料に対しても観測を行う。これによって、光誘起力の特異的な空間分布をナノスケールで可視化できる。そのため、今後内部構造を持った試料に対して観測を行う。
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