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2022 Fiscal Year Annual Research Report

超伝導センサーを用いたパッシブ型テラヘルツ光ナノスコピーの開発

Research Project

Project/Area Number 21H01340
Research InstitutionToyohashi University of Technology

Principal Investigator

有吉 誠一郎  豊橋技術科学大学, エレクトロニクス先端融合研究所, 准教授 (20391849)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 莅戸 立夫  富山大学, 学術研究部工学系, 准教授 (00261149)
廣芝 伸哉  大阪工業大学, 工学部, 准教授 (40635190)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Keywordsテラヘルツ/赤外材料・素子 / 超伝導材料・素子 / 超精密計測 / 高分子構造・物性
Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、高分子や生体材料などのソフトマテリアルの基礎物性分野に新たな分析手法を提案し確立すべく、テラヘルツ帯で動作する近接場顕微鏡技術(テラヘルツ光ナノスコピー)を創出することにある。具体的には、鋭く尖った金属探針を試料表面に近づけ、その局所から自然放出されたテラヘルツ光をフーリエ変換分光器で変調し、高感度の超伝導センサー(力学インダクタンス検出器、MKID)アレイで検出するシステムの構築を目指している。
2年目は、前年度に構築した個々のハードウェアとソフトウェアを組み合わせた動作試験を行った。また、分担者の廣芝は本テーマに適した測定試料の最適化を行った。具体的なアクションアイテムは以下の2点である。
(D) システムの組合せ試験
まず「検出器部⇔ソフトウェア」の組合せ試験を行い、前年度から継続中の MKID 開発に加え、読出し系のシステムフローの予期せぬバグや問題点を洗い出した。次に「検出器部⇔分光器部」の組合せにより、MKID の光学特性(検出能や応答速度、周波数スペクトル等)を調査した。そして「検出器部⇔顕微鏡部」では、室温の試料表面からの局所的な近接場を確実に捉える手法を検討した。
(E) 測定試料の最適化
昨年度は、異なる分子量をもつポリスチレン‐メタクリル酸ブロック共重合体(PS-b-PMMA)の200、100、50 nm 程度のミクロ層分離構造を作製したサンプルを、テラヘルツ光観測に応じた最適化を行った。横方向の2次元的な解像度に加え、分光特性観測に必要なサンプルの厚みを同定した。また、通常の透過型テラヘルツ分光で PS のスペクトルが観測できる限界厚みを算出した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

2年目終了時には計測システムを構成するハード・ソフトの組合せ動作試験により、テラヘルツ光ナノスコピー実現への技術的基盤をさらに築き、かつ、測定に適した試料を最適化しており、3年目に行うシステムの実証試験、および測定試料の物性評価の準備が整っているため。

Strategy for Future Research Activity

最終年度となる3年目は、ハードウェアからソフトウェアに至るトータルの動作試験により、様々なプローブ材料やMKIDを用いたパッシブ型テラヘルツ光ナノスコピーの優位性の実証を目指す。また、分担者の廣芝は本テーマに適した測定試料の物性評価を推し進める。具体的なアクションアイテムは以下の2点である。
(D) システムの実証試験
本計測システムはハードウェア(顕微鏡部、分光器部、検出器部)とソフトウェアに分類することができ、組合せ試験に際しては以下の3段階で推し進めている。まず、第1段階は「検出器部⇔ソフトウェア」の組合せであり、計測制御には National Instruments 社製 LabVIEW を用いてシステム最適化をさらに進める。次に、第2段階は「検出器部⇔分光器部」であり、MKID の光学特性(検出能や応答速度、周波数スペクトル等)の精密評価を行う。そして第3段階は「検出器部⇔顕微鏡部」であり、室温の試料表面からの局所的な近接場を捉えることでテラヘルツ光ナノスコピーの優位性の実証を目指す。
(E) 測定試料の物性評価
本年度は、前年度までに最適化した試料(ポリスチレン‐メタクリル酸ブロック共重合体)を用いて空間分解能の評価、検討を行う。また、独自の応用開拓として、有機半導体ナノ構造の物性評価によりテラヘルツ光学特性とナノ配向・集合体構造との関係性を明らかにすることを目指す。
本研究で推進する顕微分光イメージングシステムが実現すると、機能性高分子材料に固有の吸収スペクトル(指紋スペクトル)の起源解明や構造制御、新機能発現といった物性研究の新たな未来を切り拓くことが可能になると期待される。

  • Research Products

    (10 results)

All 2023 2022 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 3 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Flux Noise Reduction of HTS-SQUIDs via Introduction of Antidots2023

    • Author(s)
      K. Hayashi, R. Ohtani, Y. Tottori, S. Ariyoshi, S. Tanaka
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Applied Superconductivity

      Volume: 33 Pages: 1~4

    • DOI

      10.1109/TASC.2023.3249648

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fabrication and Evaluation of YBa2Cu3O7-δ Probe for Scanning Probe Microscopy2023

    • Author(s)
      S. Ariyoshi, A. Ebata, B. Ohnishi, S. Ohnishi, T. Kanada, K. Hayashi, Y. Miyato, S. Tanaka, and N. Hiroshiba
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Applied Superconductivity

      Volume: 33 Pages: 7200104_1-4

    • DOI

      10.1109/TASC.2023.3235955

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Broadband terahertz spectroscopy of enantiomeric poly(lactide)2023

    • Author(s)
      S. Ohnishi, A. Ebata, B. Ohnishi, H. Tsuji, S. Tanaka, N. Hiroshiba, and S. Ariyoshi
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 62 Pages: SG1003_1-5

    • DOI

      10.35848/1347-4065/acaecf

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Broadband infrared absorption spectroscopy of low-frequency inter-molecular vibrations in crystalline poly(L-lactide)2023

    • Author(s)
      N. Hiroshiba, M. Akiraka, H. Kojima, S. Ohnishi, A. Ebata, H. Tsuji, S. Tanaka, K. Koike, and S. Ariyoshi
    • Journal Title

      Physica B: Condensed Matter

      Volume: 649 Pages: 414488_1-5

    • DOI

      10.1016/j.physb.2022.414488

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Study of HTS Nanobridge Josephson Junctions made by FIB2022

    • Author(s)
      K. Hayashi, R. Ohtani, Y. Tottori, S. Ariyoshi, and S. Tanaka
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Applied Superconductivity

      Volume: 32 Pages: 1100406_1-6

    • DOI

      10.1109/TASC.2022.3206226

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] High-temperature Superconducting Probe for Scanning Probe Microscopy2023

    • Author(s)
      S. Ariyoshi, A. Ebata, B. Ohnishi, S. Ohnishi, T. Kanada, K. Hayashi, Y. Miyato, S. Tanaka, and N. Hiroshiba
    • Organizer
      11th East Asia Symposium on Superconductor Electronics (EASSE 2023)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Fabrication and evaluation of YBa2Cu3O7-δ probe for scanning probe microscopy2022

    • Author(s)
      S. Ariyoshi, A. Ebata, S. Ohnishi, T. Kanada, K. Hayashi, S. Tanaka, and N. Hiroshiba
    • Organizer
      Applied Superconductivity Conference 2022 (ASC2022)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Broadband terahertz spectroscopy of enantiomeric polylactide2022

    • Author(s)
      S. Ohnishi, A. Ebata, B. Ohnishi, H. Tsuji, S. Tanaka, N. Hiroshiba, S. Ariyoshi
    • Organizer
      35th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC 2022)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 走査型トンネル顕微鏡用超伝導プローブの特性評価2022

    • Author(s)
      江畑 敦志、大西 漠、大西 理志、金田 隆文、林 幹二、宮戸 祐治、田中 三郎、廣芝 伸哉、有吉 誠一郎
    • Organizer
      第83回 応用物理学会秋季学術講演会
  • [Remarks] 豊橋技術科学大学 次世代半導体・センサ科学研究所(応用化学・生命工学系) 光センシング応用研究室

    • URL

      https://chem.tut.ac.jp/terahertz/

URL: 

Published: 2023-12-25  

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