2019 Fiscal Year Annual Research Report
Investigation of atomic resolution imaging conditions for near-field optical microscopy detecting optical dipole forces
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18K19003
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
菅原 康弘 大阪大学, 工学研究科, 教授 (40206404)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | 双極子力 / 近接場光学顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
物質近傍に局在する光（近接場光）を検出し、回折限界を超える光学顕微鏡を実現しようとする試みが行われてきた。しかし、先鋭化した光ファイバや金属探針を用いて近接場光を伝搬光に変換する方式では、原子分解能(0.2nm以下)での観察は困難であった。本研究は、物質表面の個々の原子を原子分解能で観察可能な次世代の光学顕微鏡を開発すると共に、その原子分解能観察の機構を解明することを目的とする。
まず、光誘起力を高分解能に測定するために制限している因子（例えば、近接場光から力への変換効率や、カンチレバーの変位検出計の雑音、カンチレバーの熱振動、カンチレバーのバネ定数や振動振幅などの測定条件）を理論的に検討し、光誘起力高分解能に測定するための条件を求めた。
次に、光誘起力を高感度に測定するため、カンチレバーの変位検出計の低ノイズ化を実現した。具体的には、現有の変位検出計では、光路間の干渉により検出感度が制限されているので、コヒーレント長の長い光源を利用することにより干渉による影響を低減し、変位検出計の低ノイズ化を実現した。
また、物質表面を変調された光で照射し、カンチレバーの周波数シフトに現れる変調成分をロックインアンプで検出すことにより、光誘起力を測定する。光誘起力を高分解能に検出するためには、バックグランド光を低減した光照射系を実現することが重要である。そこで、不要反射が極限まで低減するように光照射系を改良した。
さらに、物質表面の構造と局在する近接場光の分布を超高感度・超高分解能に観察できることを実証した。
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