近接場分光の極限的時空間制御に関する研究

• 研究課題/領域番号: 24686009
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: 薄膜・表面界面物性
• 研究機関: 独立行政法人理化学研究所
• 研究代表者: 早澤 紀彦 独立行政法人理化学研究所, その他部局等, 研究員 (90392076)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 21,450千円 (直接経費: 16,500千円、間接経費: 4,950千円); 2014年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2013年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2012年度: 15,080千円 (直接経費: 11,600千円、間接経費: 3,480千円)
• キーワード: 走査プローブ顕微鏡 / 光物性 / 非線形 / 超短パルス / ラマン分光 / ナノチューブ / プラズモン / 近接場光学

研究成果の概要

近接場分光により、可視～近赤外光での未踏のナノスケール空間分解能かつ極限的時間分解能を有する顕微分光法の開発を行った。時間分解能の追求のため、３次の非線形光学過程である4光波混合に注目し、近接場プローブに、広帯域近赤外パルスレーザーを照射することで、広帯域4光波混合光がパルスとして発生することを見いだした。パルスのオートコリレーションを測定することで、時間分解能10fsが達成できることを示した。空間分解能の極限では、走査トンネル顕微鏡を独自に開発し、測定環境を最適化することで、近接場ラマン分光により1.7nmの空間分解能を達成した。常温大気中の光学顕微鏡としては世界最高の空間分解能を達成した。

研究成果

• [雑誌論文] A 1.7 nm Resolution Chemical Analysis of Carbon Nanotubes by Tip Enhanced Raman Imaging in the Ambient (2014)
  • 著者名/発表者名: Chi Chen, Norihiko Hayazawa, and Satoshi Kawata
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 5 号: 1 ページ: 3312-3312
  • DOI: 10.1038/ncomms4312
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Nanomovement of Azo Polymers Induced by Longitudinal Fields (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Ishitobi, I. Nakamura, T. Kobayashi, N. Hayazawa, Z. Sekkat, S. Kawata, and Y. Inouye
  • 雑誌名: ACS Photonics 巻: 1 号: 3 ページ: 190-197
  • DOI: 10.1021/ph400052b
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct Optical Mapping of Anisotropic Stresses in Nanowires using TO Phonons Splitting (2014)
  • 著者名/発表者名: M. V. Balois, N. Hayazawa, A. Tarun, S. Kawata, M. Reiche, and O. Moutanabbir
  • 雑誌名: Nano Letters 巻: 14 号: 7 ページ: 3793-3793
  • DOI: 10.1021/nl500891f
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 偏光制御マイクロ・ナノ顕微ラマンによる結晶歪みイメージング (2014)
  • 著者名/発表者名: 早澤紀彦
  • 雑誌名: 表面科学 巻: 35 号: 6 ページ: 306-311
  • DOI: 10.1380/jsssj.35.306
  • NAID: 130004718847
  • ISSN: 0388-5321, 1881-4743
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 先端増強近接場分光 (2013)
  • 著者名/発表者名: 早澤紀彦
  • 雑誌名: 表面科学 巻: 34 ページ: 580-585
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stress Redistribution in Individual Ultrathin Strained Silicon Nanowires: A High-Resolution Polarized Raman Study (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Tarun, N. Hayazawa, M. V. Balois, S. Kawata, M. Reiche, and O. Moutanabbir
  • 雑誌名: New Journal of Physics 巻: 15 号: 5 ページ: 53042-53042
  • DOI: 10.1088/1367-2630/15/5/053042
  • 査読あり
• [雑誌論文] Plasmonically nano-confined light probing invisible phonon modes in defect-free graphene (2013)
  • 著者名/発表者名: Katsuyoshi Ikeda, Mai Takase, Norihiko Hayazawa, Satoshi Kawata, Kei Murakoshi, Kohei Uosaki
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc 巻: 135 号: 31 ページ: 11489-11489
  • DOI: 10.1021/ja4056596
  • 査読あり
• [雑誌論文] Strain and composition effects on Raman vibrational modes of silicon-germanium-tin ternary alloys (2013)
  • 著者名/発表者名: J.-H. Fournier-Lupien, S. Mukherjee, S. Wirths, E. Pippel, N. Hayazawa, S. Mantl, D. Grützmacher, P. Desjardins, D. Mihai Buca, and O. Moutanabbir
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 103 号: 26 ページ: 263103-263103
  • DOI: 10.1063/1.4855436
• [雑誌論文] Nanometric locking of the tight focus for optical microscopy and tip-enhanced microscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: N. Hayazawa, K. Furusawa, and S. Kawata
  • 雑誌名: Nanotechnology 巻: 23 号: 46 ページ: 465203-465203
  • DOI: 10.1088/0957-4484/23/46/465203
  • 査読あり
• [雑誌論文] Highly reproducible tip-enhanced Raman scattering using an oxidized and metallized silicon tip as a tool for everyone (2012)
  • 著者名/発表者名: N. Hayazawa, T. Yano, and S. Kawata
  • 雑誌名: J. Raman Spectrosc 巻: 43 号: 9 ページ: 1177-1177
  • DOI: 10.1002/jrs.4032
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tip-enhanced broadband CARS spectroscopy and imaging using a photonic crystal fiber based broadband light source (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Furusawa, N. Hayazawa, F. C. Catalan, T.Okamoto, and S. Kawata
  • 雑誌名: J. Raman.Spectrosc 巻: 43 号: 5 ページ: 656-656
  • DOI: 10.1002/jrs.3151
  • 査読あり
• [学会発表] 1.7-Nanometer Resolution Structural Analysis of Carbon Nanotube by Tip Enhanced Raman Imaging (2014)
  • 著者名/発表者名: Chi Chen, N. Hayazawa and S. Kawata,
  • 学会等名: The 13th International Conference on Near-field Optics, Nanophotonics and Related Techniques (NFO13)
  • 発表場所: Snow Bird, USA
  • 年月日: 2014-08-31 – 2014-09-04
• [学会発表] 1.7-Nanometer Resolution Structural Analysis of Carbon Nanotube by Tip Enhanced Raman Imaging (2014)
  • 著者名/発表者名: Chi Chen, N. Hayazawa and S. Kawata,
  • 学会等名: Progress In Electromagnetics Research Symposium (PIERS)
  • 発表場所: Guangzhou, China
  • 年月日: 2014-08-25 – 2014-08-28
• [学会発表] Tip-enhanced Raman spectroscopy towards extreme resolution in the ambient (2014)
  • 著者名/発表者名: Norihiko Hayazawa, Chi Chen, and Satoshi Kawata,
  • 学会等名: XXIV International Conference on Raman Spectroscopy (ICORS)
  • 発表場所: Jena, Germany
  • 年月日: 2014-08-08 – 2014-08-13
  • 招待講演
• [学会発表] Unravelling the complexity of anisotropic stress in ultrathin strained silicon nanowires (2014)
  • 著者名/発表者名: Alvarado Tarun, Norihiko Hayazawa, Maria Vanessa Balois, Satoshi Kawata, Manfred Reiche, and Oussama Moutanabbir,
  • 学会等名: XXIV International Conference on Raman Spectroscopy (ICORS)
  • 発表場所: Jena, Germany
  • 年月日: 2014-08-08 – 2014-08-13
• [学会発表] Direct Determination of Stress Anisotropy in Strained Silicon Nanowires via Phonon Mode Splitting (2014)
  • 著者名/発表者名: Maria Vanessa Balois, Norihiko Hayazawa, Alvarado Tarun, Satoshi Kawata, and Oussama Moutanabbir,
  • 学会等名: XXIV International Conference on Raman Spectroscopy (ICORS)
  • 発表場所: Jena, Germany
  • 年月日: 2014-08-08 – 2014-08-13
• [学会発表] Tip-enhanced near-field spectroscopy: Towards extreme spatial resolution and temporal resolution with high reproducibility (2014)
  • 著者名/発表者名: Norihiko Hayazawa
  • 学会等名: Research Center for Applied Sciences, Academia Sinica Seminar
  • 発表場所: Taipei, Taiwan
  • 年月日: 2014-06-05
  • 招待講演
• [学会発表] Development of tip-enhanced near-field spectroscopy: Instrumentation and Applications (2014)
  • 著者名/発表者名: Norihiko Hayazawa
  • 学会等名: National Taiwan Normal University Colloquium
  • 発表場所: Taipei, Taiwan
  • 年月日: 2014-06-04
  • 招待講演
• [学会発表] 先端増強近接場分光だからこそ観えてきたこと (2014)
  • 著者名/発表者名: 早澤紀彦
  • 学会等名: 分光イノベーション研究会第3回シンポジウム
  • 発表場所: 埼玉
  • 年月日: 2014-05-29
  • 招待講演
• [学会発表] 役に立つ先端増強ラマン散乱顕微鏡の開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 早澤紀彦
  • 学会等名: 2013年第60回応用物理学会春季学術講演会 日本光学会 光学論文賞受賞記念講演
  • 発表場所: 神奈川(招待講演)
  • 年月日: 2013-03-29
• [学会発表] 先端増強近接場分光法 (2013)
  • 著者名/発表者名: 早澤紀彦
  • 学会等名: 公益社団法人日本表面科学会 第76回表面科学研究会
  • 発表場所: 東京(招待講演)
  • 年月日: 2013-03-19
• [学会発表] 先端増強近接場ラマン分光法:1000倍以上かつ100％の再現性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 早澤紀彦
  • 学会等名: 理研シンポジウム「先端光科学研究」
  • 発表場所: 埼玉
  • 年月日: 2012-12-04
• [学会発表] 10ナノメートルかる10フェムト秒の近接場光源 (2012)
  • 著者名/発表者名: 古潭健太郎、早潭紀彦、河田聡、
  • 学会等名: 理研シンポジウム「先端光科学研究」
  • 発表場所: 埼玉
  • 年月日: 2012-12-04
• [学会発表] Tip-heating assisted nano Raman spectroscopy of nanotube (2012)
  • 著者名/発表者名: Alvarado, Tarun、 早澤紀彦、 河田聡
  • 学会等名: 理研シンポジウム「先端光科学研究」
  • 発表場所: 埼玉
  • 年月日: 2012-12-04
• [学会発表] アルミニウムナノ構造を用いた紫外局在プラズモン共鳴制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 田口敦清、早澤紀彦、河田聡、
  • 学会等名: 理研シンポジウム「先端光科学研究」
  • 発表場所: 埼玉
  • 年月日: 2012-12-04
• [学会発表] Extreme Photonic Imaging by STM-TERS (2012)
  • 著者名/発表者名: Chi, Chen、早澤紀彦、河田聡
  • 学会等名: 理研シンポジウム「先端光科学研究」
  • 発表場所: 埼玉
  • 年月日: 2012-12-04
• [学会発表] Complex nanopatterning induced redistribution of stress in single ultrathin strained silicon nanowires (2012)
  • 著者名/発表者名: Maria, Vanessam, Valois, Norihiko, Hayazawa, Alvarado, Tarun, Oussama Moutanabbir, Satoshi, Kawata,
  • 学会等名: 平成24年度社団法人日本分光学会 年次講演会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2012-11-29
• [学会発表] 局在プラズモン共鳴エネルギーを深紫外で調節する:アルミニウムナノ構造のサイズ可調な作製 (2012)
  • 著者名/発表者名: 田口敦清、 齊藤結花、 渡邊晃一、 早澤紀彦、 河田聡
  • 学会等名: 平成24年度社団法人日本分光学会 年次講演会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2012-11-29
• [学会発表] 先端増強ラマン散乱顕微鏡の開拓とその最適化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 早澤紀彦
  • 学会等名: 平成24年度社団法人日本分光学会 年次講演会
  • 発表場所: 東京(招待講演)
  • 年月日: 2012-11-28
• [学会発表] 先端増強ラマン顕微鏡のための金属コート誘電体プローブの作製 (2012)
  • 著者名/発表者名: 米山英男、 田口敦清、 早澤紀彦、 河田聡
  • 学会等名: 平成24年度社団法人日本分光学会 年次講演会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2012-11-28
• [学会発表] Nanometrically stabilized tight focusing and its applications to ultrafast tip-enhanced spectroscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: N. Hayazawa S. Kawata,
  • 学会等名: 30^<th> National Physics Congress of the Samahang Pisika ng Pilipinas
  • 発表場所: Dasmarinas, Philippines
  • 年月日: 2012-10-23
• [学会発表] Tip Enhanced Raman Spectroscopy by a Scanning Tunneling Microscope (2012)
  • 著者名/発表者名: Chi, Chen, Norihiko, Hayazawa, Satoshi, Kawata,
  • 学会等名: 14th International Conference on Vibrations at Surfaces
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2012-09-25
• [学会発表] Highly sensitive tip-enhanced nanoscopy and its applications to ultrafast nonlinear spectroscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: N. Hayazawa, K. Furusawa, S. Kawata,
  • 学会等名: JSAP-OSA Joint Symposia (The 73^<rd>JSAP Autumn Meeting 2012)
  • 発表場所: 松山
  • 年月日: 2012-09-12
• [学会発表] Characterization of longitudinal fields generated by a sub-lOfs broadbandpulse for applications to tip-enhanced microscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Furusawa, N. Hayazawa, S. Kawata,
  • 学会等名: The 12^<th> International Conference on Near-field Optics, Nanophotonics and Related Techniques (NFO12)
  • 発表場所: San Sebastian, Spain
  • 年月日: 2012-09-06
• [学会発表] Highly reproducible TERS as a tool for everyone (2012)
  • 著者名/発表者名: N. Hayazawa, S. Kawata,
  • 学会等名: The 12th International Conference on Near-field Optics, Nanophotonics and Related Techniques (NF012)
  • 発表場所: San Sebastian, Spain
  • 年月日: 2012-09-03
• [学会発表] アルミニウムナノ構造を用いた紫外プラズモニクスの開拓 (2012)
  • 著者名/発表者名: 田口敦清、早澤紀彦、河田聡
  • 学会等名: 日本光学会・第20回ナノオプティクス研究グループ研究討論会
  • 発表場所: 神奈川
  • 年月日: 2012-05-23
• [学会発表] Stress Profiles in Single Ultrathin Strained Silicon Nanowires
  • 著者名/発表者名: A. Tarun, N. Hayazawa, M. V. Balois, S. Kawata, and O. Moutanabbir
  • 学会等名: The 2013 MRS Spring Meeting
  • 発表場所: Moscone, USA
• [学会発表] Plasmonic Generation of 10 fs nano-light source
  • 著者名/発表者名: N. Hayazawa, K. Furusawa, and S. Kawata
  • 学会等名: The 6th International Conference on Surface Plasmon Photonics
  • 発表場所: Ottawa, Canada
• [学会発表] Generation of extreme spatio-temporal nano-light source realized by near-field nanophotonics
  • 著者名/発表者名: N. Hayazawa, K. Furusawa, and S. Kawata
  • 学会等名: The 9th Asia-Pacific Conference on Near-field Optics
  • 発表場所: Singapore
• [学会発表] Nanometer Resolution Structural Analysis of Carbon Nanotube by Tip Enhanced Raman Imaging
  • 著者名/発表者名: Chi Chen, Norihiko Hayazawa, Satoshi Kawata
  • 学会等名: Light at the Nanotip: Scanning Near-field Optical Microscopy and Spectroscopy
  • 発表場所: Bad Honnef, Germany
• [学会発表] Tip-enhanced Raman and Nonlinear Raman Spectroscopy and Microscopy: Challenges to Spatio-Temporal Control
  • 著者名/発表者名: N. Hayazawa
  • 学会等名: 7th International Conference on Advanced Vibrational Spectroscopy (ICAVS)
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 招待講演
• [学会発表] Local Stress in Nanowires Unraveled by Raman Spectroscopy
  • 著者名/発表者名: Norihiko Hayazawa, Alvarado Tarun, Maria Vanessa Balois, Satoshi Kawata, and Oussama Moutanabbir
  • 学会等名: 7th International Conference on Advanced Vibrational Spectroscopy (ICAVS)
  • 発表場所: kobe, Japan
  • 招待講演
• [学会発表] Anisotropic Stress Relaxation in Strained Silicon Nanowires Characterized by High Precision Polarized Raman Microscopy
  • 著者名/発表者名: M. V. Balois, N. Hayazawa, A. Tarun, O. Moutanabbir, and S. Kawata
  • 学会等名: 7th International Conference on Advanced Vibrational Spectroscopy (ICAVS)
  • 発表場所: Kobe, Japan
• [学会発表] Structural Analysis of Carbon Nanotubes by STM Tip Enhanced Raman Imaging with a few Nanometers Resolution
  • 著者名/発表者名: Chi Chen, Norihiko Hayazawa, Satoshi Kawata
  • 学会等名: International Conference on Nanoscience and Technology (ICN+T 2013)
  • 発表場所: Paris, France
• [学会発表] Precise and stable polarization control in a tight focusing system for accurate characterization of strained silicon nanostructures
  • 著者名/発表者名: M. V. Balois, N. Hayazawa, A. Tarun, O. Moutanabbir, and S. Kawata
  • 学会等名: JSAP-OSA Joint Symposia (The 74th JSAP Autumn Meeting 2013)
  • 発表場所: Kyoto, Japan
• [学会発表] Extreme spatial and temporal resolution in tip-enhanced Raman spectroscopy
  • 著者名/発表者名: Norihiko Hayazawa, Chi Chen, Kentaro Furusawa, Satoshi Kawata
  • 学会等名: FACCS 40th Conference SCIX 2013
  • 発表場所: Milwaukee, USA
• [学会発表] Nanometers Resolution Chemical Analysis by Tip Enhanced Raman Imaging
  • 著者名/発表者名: Chi Chen, Norihiko Hayazawa, Satoshi Kawata
  • 学会等名: 12th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures in conjunction with 21st International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ACSIN-12 & ICSPM21)
  • 発表場所: Tsukuba, Japan
• [学会発表] 1nm spatial resolution in ambient is now within the reach
  • 著者名/発表者名: Norihiko Hayazawa, Chi Chen, and Satoshi Kawata
  • 学会等名: 理研シンポジウム 第1回「光量子工学研究」
  • 発表場所: 埼玉
• [学会発表] Anisotropic Stress Relaxation in Strained Silicon Nanowires Characterized via Polarized Raman Microscopy using a High NA Lens
  • 著者名/発表者名: Maria Vanessa Balois, Norihiko Hayazawa, Alvarado Tarun, Satoshi Kawata, and Satoshi Kawata
  • 学会等名: 理研シンポジウム 第1回「光量子工学研究」
  • 発表場所: 埼玉
• [学会発表] Characterization of Anisotropic Stress Relaxation in Strained Silicon Nanowires via Polarized Raman Microscopy using a high NA lens
  • 著者名/発表者名: Maria Vanessa Balois, Norihiko Hayazawa, Alvarado Tarun, Oussama Moutanabbir, and Satoshi Kawata
  • 学会等名: 平成25年度 公益社団法人日本分光学会 年次講演会
  • 発表場所: 大阪
• [図書] “Tip-enhanced Spectroscopy at the Nanoscale: Its Practical Issues and Solutions” in Nanscale Spectroscopy with Applications, Sarhan M. Musa Ed., (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Hayazawa and T. Yano
  • 総ページ数: 40
  • 出版者: CRC Press
• [図書] "Tip Enhanced Raman Spectroscopy" in Raman Spectroscopy : Tools for Nanoscience & Nanotechnology (2012)
  • 著者名/発表者名: N. Hayazawa, A. Tarun, A. Taguchi, K. Furusawa
  • 出版者: Springer
• [備考] Carbon nanotubes go under the microscope
  • URL: http://www.riken.jp/en/research/rikenresearch/highlights/7756/
• [備考] 個人ホームページ
  • URL: https://sites.google.com/site/hayazawa/
• [備考]
  • URL: http://sites.google.com/site/hayazawa/Homepage