Super-resolution Imaging of nonlinear Raman atomic force imaging

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17K19063
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 橋本 守 北海道大学, 情報科学研究科, 教授 (70237949)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2019-03-31
• Keywords: 超解像イメージング / 非線形ラマン散乱

Outline of Annual Research Achievements

非線形ラマン散乱を用いて特定の分子振動を励起し，分子振動励起に伴う体積膨張をAFMで観測する超解像非線形ラマン散乱顕微鏡を実現することを目的とした．
非線形ラマン散乱による分子励起には，波長の異なる2台のパルスレーザー光を同時に試料に照射する必要がある．また，カンチレバーは共振周波数を持っており，共振周波数に合わせて励起することで，微小な体積膨張を検出できる可能性がある．レーザー照射の影響を取り除きながら，微小な体積膨張を検出するため，2台の繰り返しパルス発振周波数の差を，カンチレバーの振動周波数に一致させ，その位相も制御可能なPLL（phase lock loop）システムを構築した．自己共振型のAFMの振幅信号を参照信号とし，約80 MHzでパルス発振している2台のレーザー光を光検出器で受光し，これらを乗算することで得られる差周波信号と同期するように，レーザーのキャビティ長制御へとフィードバックしている．
直径10μmのポリスチレンビーズを試料に用いて，AFM像を観測し，ビーズ上にカンチレバーがあることを確認した上で体積膨張信号の取得を目指した．カンチレバー振幅信号を２分周することにより，カンチレバーが2回に1回試料に接触する毎に2レーザー光が同時に照射し，この信号をロックイン検出しようとしたが，信号を検出することができなかった．そこで，分周をやめAFMの共振に合わせてレーザー光が同時に照射し，レーザー光照射によってAFMフィードバック信号に変化が現れるかどうか測定を行なった．レーザーの同時照射とカンチレバー接触のタイミングを変化させながらAFMフィードバック信号を取得したところ，同一タイミングでAFMフィードバック信号に変化が現れた．単一点ではあるものの，非線形ラマン分子振動励起による試料膨張をAFMで検出可能であることが示された．