2021 Fiscal Year Annual Research Report
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20H02658
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
馬越 貴之 大阪大学, 高等共創研究院, 講師 (00793192)
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2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 近接場光学顕微鏡 / 高速原子間力顕微鏡 / プラズモニクス / 近接場光学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、自作した高速原子間力顕微鏡に近接場光学計測系を複合化することによって、サブ秒オーダーの近接場イメージングを実現することに成功した。そのために、自作したミラースキャナーを金属探針と高速かつ同期的に操作できるよう、制御プログラムも一から設計した。高速原子間力顕微鏡を倒立型顕微鏡上に搭載し、下方からレーザー光を導入した。集光したレーザー光上を、金属探針で高速走査し、フォーカススポットを動画観察した。また、探針をフォーカススポットの中心にナノレベルの精度で配置できることを確認した。ミラースキャナーによるレーザー走査と探針走査を同期できるよう、ピエゾ素子へのゲインを変えながらキャリブレーションを行った。高速走査中でも、入射レーザーと金属探針の相対位置がずれることなく、ナノレベルの精度で金属探針をフォーカス中心に保持できることを確認した。テスト試料としてカーボンナノチューブなどをサブ秒オーダーで近接場イメージングした。
また、合わせてコヒーレントラマン計測を行うための光学系設計も行った。フェムト秒レーザーをグレーティングペアでピコ秒へとチャープし、ディレイラインを導入することによって、スペクトラルフォーカシングを用いたコヒーレントラマンスペクトル計測が行える光学系を構築した。実際に、シクロヘキサンやポリスチレンを用いて、コヒーレントラマンスペクトル計測が行えることを確認した。サブ秒オーダーでもラマンイメージングが可能であることも確認した。
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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
本年度は、高速近接場光学顕微鏡において最も重要な特性である高速性に関して、大きく改良することができた。そのために必要な要素技術を様々に開発し、非常に複雑な制御を必要とする実験において、有効な制御プログラムも設計することに成功した。ハード面とソフト面の両方で、大きく進捗させることができ、実際に安定的に高速近接場光学顕微鏡観察ができる所まできている。また、更なる発展も狙って、コヒーレントラマン計測系の構築も行った。グレーティングペアやディレイラインを導入し、パルスレーザーを用いたコヒーレントラマン計測ができることも確認できている。以上から、概ね順調に進展させることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまで高速近接場光学顕微鏡の様々な要素技術の改良に取り組み、高い安定性で観察できるようになってきた。今後は、いよいよ反射型化のための横照射系の構築に取り組む予定である。現状の高速原子間力顕微鏡では、構造的に横照射系を組み込む空間が確保できていない。高速原子間力顕微鏡ヘッドの横部分を、切削加工することによって、横照射系用の空間を確保する。さらに、これまでの横照射系で用いられてきた長距離動作型の対物レンズ（ワーキングディスタンス3 cm）を変更し、ワーキングディスタンス1 cmの対物レンズを設置できるように改良する方針である。開口数を0.3から0.7程度にまで高められるため、検出感度を大きく向上できると考えている。
また、同時に金属探針開発法の改良にも取り組む。これまでは電子ビーム堆積法とスパッタリング法を用いて、マイクロカンチレバー金属探針を開発していた。より効率的に高い再現性で有効な金属探針を作製できる金属探針作製法の開発を狙う。
これらの技術開発を通して、反射型化を実現する方針である。
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