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力検出を用いた近接場光学顕微鏡の超高分解能化と原子分解能観察の機構解明

研究課題

研究課題/領域番号 17K19079
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
研究分野 応用物理工学およびその関連分野
研究機関大阪大学

研究代表者

李 艶君  大阪大学, 工学研究科, 准教授 (50379137)

研究期間 (年度) 2017-06-30 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2018年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2017年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
キーワード近接場光学顕微鏡 / 超高分解能化 / 原子分解能 / 走査プローブ顕微鏡 / 光学顕微鏡 / 表面電位
研究成果の概要

本研究では、まず、様々な構成要素を低ノイズ化し、力検出を用いた近接場光学顕微鏡の超高感度化・超高分解能化を実現した。次に、近接場光学顕微鏡の原子分解能観察の機構を検討した。具体的には、試料表面としてサファイアプリズム表面上に吸着させた銅フタロシアニン分子を取り上げ、近接場光の分布としてどのように撮像されるかを検討した。その結果、銅原子に近接する負の電荷を有する窒素原子が輝点として現れた。この結果は、画解像化機構として、原子の分極率が大きく寄与していることを強く示唆する。

研究成果の学術的意義や社会的意義

申請者は、微弱な力を高感度・高分解能に検出する技術の開発を長年推進してきた。本研究では、力検出を用いた近接場光学顕微鏡に使用されている様々な構成要素(例えば、変位検出センサーや周波数変調検出回路など)の超低ノイズ化を実現し、この近接場光学顕微鏡のさらなる超高感度化・超高分解能化に挑戦する。
また、原子レベルでの物質と光との相互作用は、これまでほとんど研究されていない。本研究では、原子分解能を有する光学顕微鏡の画像化機構を解明するという、これまで誰も成し得なかった究極の高い目標に挑戦する。

報告書

(3件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (20件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 6件、 査読あり 9件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 7件、 招待講演 6件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Direct observation of atomic step edges on the rutile TiO2(110)-(1×1) surface using atomic force microscopy2018

    • 著者名/発表者名
      H. F. Wen, M. Miyazaki, Q. Zhang, Y. Adachi, Y. J. Li, and Y. Sugawara
    • 雑誌名

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      巻: 20 号: 44 ページ: 28331-28337

    • DOI

      10.1039/c8cp06156d

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Measurement and Manipulation of the Charge State of Adsorbed Oxygen Adatom on Rutile TiO2(110)-1×1 Surface by nc-AFM and KPFM2018

    • 著者名/発表者名
      Q. Zhang, Y. J. Li, H. F. Wen, Y. Adachi, M. Miyazaki, Y. Sugawara, R. Xu, Z. H. Cheng, J. Brndiar, L. Kantorovich, and I. Stich
    • 雑誌名

      Journal of American Chemical Society

      巻: 140 号: 46 ページ: 15668-15674

    • DOI

      10.1021/jacs.8b07745

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Local characterization of mobile charge carriers by two electrical AFM modes: multi-harmonic EFM versus sMIM2018

    • 著者名/発表者名
      L. Lei, R. Xu, S. Ye, X. Wang, K. Xu, S. Hussain, Y. J. Li, Y. Sugawara, L. Xie, W. Ji, Z.H. Cheng
    • 雑誌名

      Journal of Physics Communications

      巻: 2 号: 2 ページ: 025013-025013

    • DOI

      10.1088/2399-6528/aaa85f

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] table Contrast Mode on TiO2(110) Surface with Metal-Coated Tips Using AFM2018

    • 著者名/発表者名
      Y. J. Li, H. F. Wen, Q. Zhang, Y. Adachi, E. Arima, Y. Kinoshita, H. Nomura, Z. M. Ma, L. Kou, Y. Naitoh, Y. Sugawara, R. Xu, Z. H. Cheng
    • 雑誌名

      Ultramicroscopy

      巻: 191 ページ: 51-55

    • DOI

      10.1016/j.ultramic.2018.04.003

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Direct visualization of Oxygen Reaction with Paired Hydroxyl on TiO2(110) Surface at 78 K by Atomic Force Microscopy2018

    • 著者名/発表者名
      H. F. Wen, Q. Zhang, Y. Adachi, M. Miyazaki, Y. Naitoh, Y. J. Li, and Y. Sugawara
    • 雑誌名

      Journal of Physical Chemistry C

      巻: 122 号: 30 ページ: 17395-17399

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.8b06289

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fluorescence detection using optical waveguide collection device with high efficiency on assembly of nitrogen vacancy centers in diamond2018

    • 著者名/発表者名
      S.W. Zhang, Z.M. Ma, L. Qin, Y.P. Fu, Y.B. Shi, J. Liu, and Y.J. Li
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 11 号: 1 ページ: 013007-013007

    • DOI

      10.7567/apex.11.013007

    • NAID

      210000136080

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Magnetometry for precision measurement using frequency-modulation microwave combined efficient photon-collection technique on an ensemble of nitrogen vacancy centers in diamond2018

    • 著者名/発表者名
      Z.M. Ma, S.W. Zhang, Y.P. FU, H. Yuan, Y.B. Shi, J. Gao, L. Qin, J. Tang, J. Liu and Y. J. Li
    • 雑誌名

      OPTICS EXPRESS

      巻: 26 号: 1 ページ: 382-390

    • DOI

      10.1364/oe.26.000382

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Heterodyne Frequency Modulation Technique in Photoinduced Force Microscopy2018

    • 著者名/発表者名
      Junsuke Yamanishi, Yoshitaka Naitoh, Yan Jun Li and Yasuhiro Sugawara
    • 雑誌名

      Physicak Review Applied

      巻: 9 号: 2 ページ: 1-5

    • DOI

      10.1103/physrevapplied.9.024031

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Separation of Atomic-Scale Spin Contrast on NiO(001) by Magnetic Resonance Force Microscopy2017

    • 著者名/発表者名
      E. Arima, Y. Naitoh, Y. J. Li, and Y. Sugawara
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Condensed Matter

      巻: 29 号: 40 ページ: 404001-404001

    • DOI

      10.1088/1361-648x/aa815d

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Charge states of O2 adsorbed on rutile TiO2 surface by AFM/KPFS2018

    • 著者名/発表者名
      Y. J. Li, Y. Adachi, H. F. Wen, Q. Zhang, Y. Sugawara
    • 学会等名
      5th Global Nanotechnology Congress and Expo
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Reversible bond formation between Oxygen atoms vis charge manipulation on rutile TiO2(110) surface2018

    • 著者名/発表者名
      Y. J. Li, H. F. Wen Q. Z. Zhang, Y. Adachi, and Y. Sugawara
    • 学会等名
      The 3rd Asia-Pacific Symposium on Solid Surfaces & Cross-Strait Symposium on Solid Surfaces (APSSS-3)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] The study of local dipole moment and contact potential difference on TiO2(110) surface by AFM2018

    • 著者名/発表者名
      Y. J. Li, H. F. Wen, Q. Z. Zhang, Y. Adachi, Y. Naitoh and Y. Sugawara
    • 学会等名
      24th World Nano Conference
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] The measurement of local dipole moment and local contact potential difference on rutile TiO2(110) surface by AFM with atomic resolution2018

    • 著者名/発表者名
      Y. J. Li, H. F. Wen Q. Z. Zhang, Y. Adachi, Y. Naitoh, and Y. Sugawara
    • 学会等名
      Nano 2018 conference
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] The measurement of local dipole moment and local contact potential difference on rutile TiO2(110) surface by AFM2018

    • 著者名/発表者名
      Y. J. Li, H. F. Wen and Y. Sugawara
    • 学会等名
      13th International Conference and Exhibition on Materials Science and Engineering, 4th Global nanotechnology Congress and Expo
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] The study of local dipole moment and contact potential difference on TiO2(110) surface by AFM2018

    • 著者名/発表者名
      Y. J. Li, H. F. Wen, Q. Z. Zhang, Y. Adachi, Y. Naitoh and Y. Sugawara
    • 学会等名
      23rd International Conference on Nanomaterials and Nanotechnology
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 金薄膜上量子ドットの光誘起力像の観測2018

    • 著者名/発表者名
      山西絢介、内藤賀公、李艶君、菅原康弘
    • 学会等名
      第65回応用物理学春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 光圧の測定と光誘起力顕微鏡の開発2017

    • 著者名/発表者名
      辻井大明、山西絢介、内藤賀公、李艶君、菅原康弘
    • 学会等名
      2017年度 分子研研究会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Photo-induced Force Microscopy Technique2017

    • 著者名/発表者名
      Junsuke Yamanishi, Yoshitaka Naitoh, Yanjun Li, Yasuhiro Sugawara
    • 学会等名
      The 8th International Symposium on Surface Science
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [備考] 大阪大学大学院工学研究科精密科学・応用物理学専攻 ナノ物性工学領域 菅原・李グループ

    • URL

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

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] 大阪大学大学院工学研究科応用物理学コース 菅原・李研究グループ

    • URL

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

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2017-07-21   更新日: 2020-03-30  

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