2012 Fiscal Year Annual Research Report
ナノスケール熱制御を目指した近接場蛍光熱顕微鏡の開発とナノ構造制御への新しい展開
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23686036
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
田口 良広 慶應義塾大学, 理工学部, 准教授 (30433741)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 熱工学 / 近接場光 / 熱物性 / ナノパターニング |
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| Research Abstract |
本研究課題は、ナノ構造の温度分布を高精度にモニタリング可能な近接場蛍光熱顕微鏡を開発し、精緻な熱制御に基づく近接場光学熱脱離を利用した自己組織化単分子膜の熱的ナノパターニング手法を新規に構築することを目的としている。ナノレベルでリアルタイムモニタリングしながら近接場光学熱脱離によるソフトかつクリーンなナノパターニングが実現すれば、ナノ熱工学に基づく革新的材料創成を我が国から先導することが可能となり、ナノ熱工学システムデザインと呼べる新しい学際領域を拓くことができ、学術的にも工学的にも意義深い。
平成24年度は、自己組織化単分子膜を近接場フォトサーマル効果によってナノスケールでパターニングする光学手法の開発を行い、以下に挙げる具体的な成果によりこれまで不可能であった近接場フォトサーマル効果によるナノスケールパターニングが実現可能であることを示した。
１．高い励起光強度で近接場光学熱脱離を誘起可能な新しい近接場ファイバーを世界に先駆け提案した。FDTDシミュレーションの結果、近接場ファイバーの金属遮蔽膜にAgを採用することによってファイバー自身の熱的破壊を防ぐことができるとともに、3段テーパー形状によって従来の2段テーパー構造と比較して2倍の励起効率を達成可能であることが明らかになった。また試料をAu/Ti薄膜構造にすることによって近接場光によって熱脱離温度まで加熱できることを初めて明らかにした。
２．近接場ファイバーの金属遮蔽膜が加熱されることによる制御の不安定化を抑制するために温度補償デバイスをファイバーに集積化した。また、近接場ファイバー先端の温度上昇を実験的に明らかにし、高精度な位置制御に向けた光学条件を明らかにした。
３．ナノスケールパターニングの検証を行うために、超高真空プローブ顕微鏡のセンシングプロトコルを確立した。
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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
平成24年度は研究計画の全ての項目を達成しており、研究の進捗状況はおおむね順調に進展している。特に下記の研究項目に関しては、当初の計画以上に進展しており、極めて順調に研究が遂行されているといえる。
①FDTDシミュレーションによりファイバーの形状や材質を適切に制御することにより2倍の励起効率を達成可能であることを示した。②薄膜構造に着目し、自己組織化単分子膜のナノスケールパターニングを実現可能な試料構造を明らかにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでにナノ領域の定量的な温度計測を実現可能な近接場光学蛍光熱顕微鏡の開発と、近接場光学熱脱離によるナノパターニング技術の開発を行い、その研究進捗状況はおおむね順調に進展しているといえる。今後は、これら2つの要素技術を革新的に融合し、ナノ熱制御－構造制御用ハイブリッド近接場プローブの開発を行う。特に最終年度の前年度として、前倒し可能な研究項目については速やかに行い、研究達成度を飛躍的に向上させる。
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