2020 Fiscal Year Annual Research Report
Surface measurement with sub-nano order resolution by using Spin Hall effect of light generated by optical frequency comb
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19H02154
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
水谷 康弘 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (40374152)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高谷 裕浩 大阪大学, 工学研究科, 教授 (70243178)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 光スピンホール効果 / エリプソメトリ / 表面粗さ計測 / 弱値測定 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，構築するシステムの精度検証に必要となる標準試料の作製と，正確性について理論的な観点から見直した．
標準試料は，面精度や形状以外に，形態安定性や入手の容易さ，屈折率の安定性を考慮して，市販のオプティカルフラットとした．直径30mm，厚さ10mm，面精度λ/10の合成石英製で，表面コーティングなどがされていないガラス素材を採用した．精度検証のためのプロトコルとしては，構築したシステムで測定する前に，原子間力顕微鏡で50umの範囲の表面粗さ計測を行う．次に，システムに設置したのちに光スピンホール効果によるシフト量を測定する．測定で得られたシフト量から，有効媒質理論に基づいて算出した屈折率と表面粗さの関係から表面粗さを算出する．このプロトコルに基づいて測定を進めたところ，測定データが時間的に揺らぐことがわかたった．実験環境を調べたところ，このデータ変動が湿度の変動と相関があることがわかり，安定した測定には湿度管理が必要であることがわかった．そこで，測定前に，現有装置であるホットプレートにて加熱することで湿度の影響を無視できるようにした．一方で，湿度の変化からオプティカルフラット表面に付着している水分量を計算したところ，水分子が数層堆積していることがわかり，本システムが分子を検出できる可能性も見出した．
理論の再考については，光のシフト量を算出する際の近似方式について検討を行った．これまでは，シフト量を理論的に求めるときに1次の近侍を用いていた．ところが，光学系が直交条件に近づくにつれて理論値と実験値が大きくずれるという問題があった．そこで，理論式の2次式まで採用したところ，直交条件により近い領域で実験値と理論値が一致した．理論的には，直交条件に近づくほど感度が良くなるため，2次式を採用することにより感度を向上させることができた．
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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
年度は，構築するシステムの精度検証に必要となる標準試料の作製と，正確性について理論的な観点から見直した．
標準試料は，面精度や形状以外に，形態安定性や入手の容易さ，屈折率の安定性を考慮して，市販のオプティカルフラットとした．直径30mm，厚さ10mm，面精度λ/10の合成石英製で，表面コーティングなどがされていないガラス素材を採用した．精度検証のためのプロトコルとしては，構築したシステムで測定する前に，原子間力顕微鏡で50umの範囲の表面粗さ計測を行う．次に，システムに設置したのちに光スピンホール効果によるシフト量を測定する．測定で得られたシフト量から，有効媒質理論に基づいて算出した屈折率と表面粗さの関係から表面粗さを算出する．このプロトコルに基づいて測定を進めたところ，測定データが時間的に揺らぐことがわかたった．実験環境を調べたところ，このデータ変動が湿度の変動と相関があることがわかり，安定した測定には湿度管理が必要であることがわかった．そこで，測定前に，現有装置であるホットプレートにて加熱することで湿度の影響を無視できるようにした．一方で，湿度の変化からオプティカルフラット表面に付着している水分量を計算したところ，水分子が数層堆積していることがわかり，本システムが分子を検出できる可能性も見出した．
理論の再考については，光のシフト量を算出する際の近似方式について検討を行った．これまでは，シフト量を理論的に求めるときに1次の近侍を用いていた．ところが，光学系が直交条件に近づくにつれて理論値と実験値が大きくずれるという問題があった．そこで，理論式の2次式まで採用したところ，直交条件により近い領域で実験値と理論値が一致した．理論的には，直交条件に近づくほど感度が良くなるため，2次式まで採用することにより感度を向上させることができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
測定システムの信頼性を評価するための標準試料と測定プロトコルを構築した．また，測定感度が高いことに起因する問題点と単分子層の検出がかのうであることを見出した．そこで，次年度は，本研究で構築した測定システムの信頼性を評価するとともに，実際の応用の可能性を追求する．
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Research Products
(1 results)
