2015 Fiscal Year Annual Research 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
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26600013
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
菅原 康弘 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40206404)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 走査プローブ顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
回折限界を越える高分解能な光学顕微鏡を開発しようとする試みが行われてきた。具体的には、光照射により物質に誘起された分極がその近傍につくる電磁場、すなわち、物質近傍に局在する光（近接場光）を検出し、高分解能な光学顕微鏡を実現しようとするものである。しかし、先鋭化した光ファイバや金属探針を用いる従来の方式では、原子分解能(0.2nm以下)での観察は実現されていない。申請者は、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新しい概念の光学顕微鏡について研究を行っている。この顕微鏡では、原子間力顕微鏡の力センサーである半導体探針を近接場光の中に挿入し、半導体探針の先端に電子・正孔対を生成させ、その結果生じる半導体探針先端の表面電位（光起電力）を力として検出する。この方式は、従来の方式で問題となっていた光の伝搬損失や集光損失がほとんどないため、近接場光分布を原子分解能で測定できる可能性が高い。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ために必要な観察条件を解明することを目的とする。
その結果、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量子変換効率や、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。また、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した。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した。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た。
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