2009 Fiscal Year Annual Research Report
金属チップ増強近接場光を用いたアゾ系ポリマーの表面ナノレリーフ形成機構の解明
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20760040
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| Research Institution | The Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
石飛 秀和 The Institute of Physical and Chemical Research, 河田ナノフォトニクス研究室, 協力研究員 (20372633)
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| Keywords | 近接場光 / アゾポリマー / 光異性化 / 光誘起表面レリーフ / 金属チップ電場増強 / 光勾配力 |
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| Research Abstract |
Ez偏光によって誘起される表面レリーフについて調べた。radia1偏光と輪帯照明を用いて、通常の集光では打ち消し合うことで創り出せない光軸方向の偏光成分(Ez)のみを有する単一集光光スポットを創り出した。Radial偏光の創成のため、お互いの結晶軸方向の異なるλ/2波長板を用いた。Radial偏光したレーザー光(λ=532nm)をNA=1.4の対物レンズでアゾ系ポリマーフィルム表面に集光した。面内の偏光成分(Ex, y)を低く抑えるため、NA=1.0~1.2を通す輪帯マスクを用いた。誘起された表面レリーフをタッピングモードのAFMで観察した。測定した結果、誘起される表面レリーフ形状にフィルム膜厚依存性があることを見出した。具体的には、フィルム膜厚が39nmより薄い場合ではスポット中心部が凹み、39nmより厚い場合ではスポット中心部が隆起することが分かった。さらに、膜厚39nmでは、光を照射しているにも関わらず、ほとんど表面レリーフを誘起することができなかった。このように、膜厚39mmを境に全く異なる形状の表面レリーフが誘起されることを発見した。このような膜厚依存性は、面内偏光(直線偏光)では見られず、Ez偏光特有な現象であることが分かった。考えられるメカニズムとして、フィルム内部での光強度分布の膜厚依存性、または、膜厚が薄くなることによるフィルム物性の変化が原因であると考えられる。
金属チップ増強とradial偏光を組み合わせることで、増強近接場ナノ光スポットによる表面レリーフを誘起することに成功した。チップ軸方向とradial偏光による入射偏光方向(Ez)が一致することで、より効率的に局在表面プラズモンを誘起できる。直線偏光の場合とは異なり、中心対称性のある隆起構造をチップ下に形成することができた。またポリマーに作用するチップフォースを制御することで、同じ入射光強度でも、隆起構造物の高さを制御できることが分かった。チップ先端とポリマーとの吸着力が重要な役割を果たしていると考えられる。
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