2020 Fiscal Year Research-status Report
力検出を用いた近接場光学顕微鏡の超高分解能化と有機分子の原子分解能観察の機構解明
| Project/Area Number |
20K21128
|
|---|
| Research Institution | Osaka University |
|---|
Principal Investigator |
菅原 康弘 大阪大学, 工学研究科, 教授 (40206404)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2022-03-31
|
| Keywords | 近接場光学顕微鏡 |
|---|
| 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。本研究の目的は、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実現すると共に、その原子分解能観察の機構を解明することである。具体的な課題は、以下の２点である。（１）光誘起力を原子分解能で観察するための条件を理論的・実験的に明らかにする。（２）光誘起力を原子分解能で観察するため、様々な構成要素を低ノイズ化する。
今年度は、まず、近接場光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、近接場光を力として高分解能に測定するための条件を求めた。次に、近接場光による力を高感度・高分解能に測定するため、ばね定数が大きく、共振周波数の高いカンチレバー（k=1,500N/m, f=1MHz）を導入した。カンチレバーの熱振動が減少し、力の検出感度が向上した。また、小振動振幅(0.1nm程度)での動作により、探針・試料間の相互作用時間が長くなり、力の検出感度が一桁以上向上し、空間分解能も向上した。さらに、不要反射が極限まで低減するように光照射系を改良し、バックグランド光を低減した光照射系を実現した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
近接場光を高分解能に測定するために制限している因子を明らかにするとともに、近接場光を力として高分解能に測定するための条件を求めることに成功した。また、変位検出計の低ノイズ化を実現するとともに、カンチレバーの高周波化と小振幅動作を実現し、力検出の高感度化・高分解能化を実現した。このように本研究課題については、おおむね順調に進展していると判断できる。
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後は、まず、近接場光を力として高分解能に測定するための条件を実験的に検討する。具体的には、光誘起力の探針・試料間距離依存性を測定し、数値計算により、様々なカンチレバーの振動振幅に対する光誘起力の探針・試料間距離依存性を導出する。この距離依存性に対して信号対雑音比を求め、最も感度の良くなる振動振幅を求める。次に、近接場光の分布を原子スケールで超高感度・超高分解能に観察できることを実証する。試料表面としては、原子レベルで清浄で平坦な表面が容易に得られる銀表面や、その上に吸着させたペンタセン分子を取り上げる。さらに、これら有機分子のπ軌道やσ軌道が、様々な光の波長に対して、どのように撮像されるかを実験的・理論的に検討し、画像化機構を解明する。
|
Research Products
(9 results)
