2020 Fiscal Year Research-status Report

Study on polishing phenomenon with AFM tip scratch machining

Research Project

Project/Area Number	19K04130
Research Institution	Chiba Institute of Technology
Principal Investigator	松井伸介千葉工業大学, 工学部, 教授 (50612769)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	研磨 / AFM / ポリッシング
Outline of Annual Research Achievements	AFM触針を砥粒切れ刃と見立て、光ファイバーの端面をナノスクラッチ加工することによって、石英に対する非常に小さい切れ刃を使う研磨加工の基礎過程を検討した。触針の材質を実際の砥粒のように変化させ、また、スクラッチ雰囲気も液中とした。さらにそのｐHを変化させ実際の研磨に近くし、研磨における化学的側面を明らかにすることを試みた。今期は、触針材質に対してSiCについて同様に硬い材料であるダイヤモンド、アルミナ等と比較した。その結果、純水中、加工荷重50μNにおいてSiCは、0.7 nm(ダイヤモンド ; 2.1 nm, alumina ; 0 nm)の加工量を示すことが分かった。この際反射減衰量は56 dBとほとんど低下せず加工を実現したにもかかわらず加工ダメージがほとんど発生していないことも確認した。ダイヤモンド、アルミナ触針は、液のｐHを11まで上昇させると加工量が増えたのに対し、SiCでは、0.4 nmと若干小さくなった。さらに、pH11のアルカリ中で、SiC触針で、加工荷重を増加させるとほぼ比例して加工量は増加し、250μNで2.5 nmの加工量を示した。しかしこの場合もやはり反射減衰量は54 dBでほとんど変化せず、加工ダメージはほとんどないとされる。ダイヤモンド触針では、2.4 nmの加工で反射減衰量が45 dBまで低下し比較的大きな加工ダメージが発生する。また、触針摩耗に対する石英の加工体積の比は、いずれの荷重でも5.0となり、アルミナの2.0に比べ大きな数字となった。これら一連の結果は、硬く化学的に安定な傾向のあるSiCにおいても研磨の際の切れ刃としては、化学的な作用が、加工現象にかかわっていることを示している。本検討の有用性を示すともに、加工現象の複雑性の明らかにしている。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 4: Progress in research has been delayed. Reason 実験によって加工特性を把握すべき時にコロナ禍による実験室（所在地：千葉県）への入室禁止が続き、実験にとって重要な学生の入室許可までを含めるとかなりの期間に及んだ。また、実験室への入室ができるようになってから、しばらくしてAFMの制御部であるUNIXワークステーションのUNIXシステムが壊れてしまった。今まで安定的に使えていたものであるが、かなり古いのでワークステーションの復旧は困難を極めた。最終的には、古いハードディスをエミュレートしたハードディスクを用意し、新たにシステム、ソフトを送還することによって復旧できた。今回の処置により今後は、ハードディスクの寿命を心配しながらの実験からは解放される。以上により実験が大幅に遅れたことにより研究全体が遅れている。
Strategy for Future Research Activity	若干の前述とは別のAFMの修理の後、実験を促進する。触針の準備を十分するとともに、実験試料である光コネクタ端面の加工ダメージが安定的に少ない高反射減衰量のものを準備できるようにする。また、装置への他の材料基板の設置についてもジグを改善し、さらに精度よく容易に行えるようにしていく。評価については、まず、マイクロエリプソを借用して行うことを考えいるが、他大学と共同研究により、ラマン分光も検討に入れていきたい。
Causes of Carryover	研究の遅延においても記載したように、コロナ禍、装置の修理等により実験の遅延が発生しており、そのため予算の執行が進まなかったため次年度使用額が発生した。今後は、令和3年度の早い時期に積極的に実験を進め、有効に触針の購入、ステージの改造等を行っていく。