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2014 Fiscal Year Research-status Report

力検出を用いた近接場光学顕微鏡の単原子観察条件の研究

Research Project

Project/Area Number 26600013
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

菅原 康弘  大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40206404)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2016-03-31
Keywords走査プローブ顕微鏡
Outline of Annual Research Achievements

物質と光との電磁相互作用を原子レベルで直接測定できる装置が開発されれば、光科学や表面科学、材料科学、生物科学など多くの分野で革新的な研究手段になることは間違いない。本研究は、物質表面の個々の原子や分子を原子分解能で観察可能な次世代の光学顕微鏡を開発するとともに、その最適な観察条件を解明することを目的とする。
具体的研究課題は、以下の3点である。
1)近接場光を力として高感度・高分解能に測定するため、様々な構成要素を低ノイズ化する。
2)近接場光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。
3)原子レベルで平坦な表面を取り上げ、近接場光の原子分解能観察を実証する。
本研究では、物質表面に局在する光(近接場光)の強度分布を力として検出するという独創的なアイデアを導入する。このような光学顕微鏡が開発されれば、これまで知ることのできなかった物質と光との原子スケールの相互作用を直接測定できるようになる。得られる知見は、光学材料の機能発現機構を解明することを容易にし、物性科学において極めて重要な学問領域であるナノフォトニクスを大きく進歩させる。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

本研究目的である物質表面の個々の原子や分子を原子分解能で観察可能な次世代の光学顕微鏡を開発することに成功した。
具体的には、以下の課題について検討し、当初の研究計画を確実に実施できた。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理論的に検討した。次に、近接場光を力として高感度に測定するため、カンチレバーの変位検出計の低ノイズ化を実現した。また、カンチレバーの小振幅動作と高周波化を実現し、近接場光を力として高感度・高分解能に測定できるようにする。また、近接場光を高分解能に検出するため、バックグランド光を低減した光照射系を実現した。さらに、試料表面として原子的に平坦なサファイア表面などを取り上げ、その表面に局在する近接場光を原子スケールで観察できることを実証した。

Strategy for Future Research Activity

近接場光を最も高感度に測定するための条件を実験的に検討する。具体的には、周波数シフト曲線(周波数シフトの探針・試料間距離依存性)を測定し、次に、これを数値計算により力曲線に変換し、さらに、様々な振動振幅に対する周波数シフト曲線を導出する。この周波数シフト曲線に対する信号対雑音比を求め、最も感度の良くなる観察条件を求める。

  • Research Products

    (8 results)

All 2015 2014 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results) Presentation (4 results) (of which Invited: 4 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Magnetic Force Microscopy Using Tip Magnetization Modulated by Ferromagnetic Resonance2015

    • Author(s)
      E. Arima, S. Takada, K. Isoyama, I. Tokuda, Y. Naitoh, Y. J. Li, S. Yoshimura, H. Saito, H. Nomura, R. Nakatani and Y. Sugawara
    • Journal Title

      Nanotechnology

      Volume: 26 Pages: 125701(1-6)

    • DOI

      10.1088/0957-4484/26/12/125701

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Image Formation and Contrast Inversion in NC-AFM Imaging of the Oxidized Cu(110) Surfaces2014

    • Author(s)
      J. Bamidele, Y. Kinoshita, R. Turansky, S-H. Lee, Y. Naitoh, Y. J. Li, Y. Sugawara, I. Stich, L. Kantorovich
    • Journal Title

      Phys. Rev. B

      Volume: 90 Pages: 035410(1-7)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.90.035410

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Vertical atomic manipulation with dynamic atomic-force microscopy without tip change via a multi-step mechanism2014

    • Author(s)
      J. Bamidele, S. H. Lee, Y. Kinoshita, R. Turansky, Y. Naitoh, Y. J. Li, Y. Sugawara, I. Stich, and L. Kantorovich
    • Journal Title

      Nature Commun.

      Volume: 5 Pages: 4476(1-7)

    • DOI

      10.1038/ncomms5476

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] SPMによる原子レベル表面磁性計測の最先端2014

    • Author(s)
      菅原康弘
    • Organizer
      日本顕微鏡学会シンポジウム
    • Place of Presentation
      九州大学百年講堂(福岡県福岡市)
    • Year and Date
      2014-11-17 – 2014-11-17
    • Invited
  • [Presentation] Surface Potential Measurement of TiO2(110) by Using Atomic Force microscopy (AFM)/Kelvin Probe Force Microscopy (KPFM)2014

    • Author(s)
      Y. Sugawara, L. Kou, R. Kanbarashi, H. F. Wen and Y. J. Li
    • Organizer
      Collaborative Conference on 3D & Materials Research
    • Place of Presentation
      Incheon, Korea
    • Year and Date
      2014-06-24 – 2014-06-24
    • Invited
  • [Presentation] 走査型プローブ顕微鏡(SPM)2014

    • Author(s)
      菅原康弘
    • Organizer
      第57回表面科学基礎講座
    • Place of Presentation
      大阪大学コンベンションセンター(大阪府吹田市)
    • Year and Date
      2014-06-04 – 2014-06-05
    • Invited
  • [Presentation] Atomic resolution Imaging of Optical Near-field2014

    • Author(s)
      Y. Sugawara, S. Yamada, M. Furukawa, T. Tokuyama,
    • Organizer
      The second Japan-China Symposium on Nanomedicine
    • Place of Presentation
      Hiroshima University(広島県広島市)
    • Year and Date
      2014-05-16 – 2014-05-17
    • Invited
  • [Remarks] 大阪大学大学院工学研究科 応用物理学コース ナノ物性工学領域

    • URL

      http://nanophysics.ap.eng.osaka-u.ac.jp/

URL: 

Published: 2016-05-27  

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