光走査トンネル顕微鏡による単一原子結晶成長のためのマニピュレータの実現

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03452089
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 大津 元一 東京工業大学, 大学院総合理工学研究科, 教授 (70114858)
• 研究分担者: 中川 賢一 東京工業大学, 大学院総合理工学研究科, 助手 (90217670)
• キーワード: 原子捕獲 / フォトン / 走査トンネル顕微鏡 / エバネッセント光 / 光ファイバ / レーザ / 非線形波長変換

研究概要

光走査トンネル顕微鏡(PSTM)の理論を、仮想光子の概念を用いて開発し、実験結果とよい一致を得た。従来の理論は直感的な理解の困難な電磁界解析に頼っていたが、本理論はこれらの問題点を解決するものであることが確認された。この理論をもとにPSTM用光ファイバ・プローブ先端からしみだすエバネッセント光により真空中に浮遊する原子を一つづつ捕獲する際の捕獲ポテンシャルの深さ、必要な光源の波長、などを推定し、マニピュレータの設計を行った。対象とする原子として、シリコンなど、約20種類のものについて行った。
光ファイバ・プローブ先端金属膜を蒸着し、その後衝突法、放電法などにより先端部に微小開口を作成する技術を開発した。超解像光学顕微鏡としてのPSTMの測定速度と分解能を向上させるシステムを開発し、測定速度は従来の約10倍向上した。
真空中に浮遊するルビジウム原子にエバネッセント光を照射し、その吸収スペクトル幅の広がりの値から、エバネッセント光は原子捕獲のための運動量を原子に及ぼしていることを確認した。シリコン原子などの捕獲のために必要な波長200〜300nmのコヒーレント光源を実現するために、半導体レーザと固体レーザを組み合わせた非線形波長変換システムの設計、および予備実験を行った。
以上により本PSTMシステムは単一原子の捕獲のためのマニピュレータとして十分な性能を有することが確認された。

研究成果

• [文献書誌] S.Jiang,H.Ohsawa,K.Yamada,T.Pangaribuan,M.Ohtsu,K.Imai and A.Ikai: "Nanometric Scale Biosample Observation Using A Photon Scanning Tunneling Microscope" Jpn.J.Appl.Phys.31. 2282-2287 (1992)
• [文献書誌] T.Pangaribuan,K.Yamada,S.Jiang,H.Ohsawa,and M.Ohtsu,: "Reproducible Fabrication Technique of Nanometric Tip Diameter Fiber Probe for Photon Scanning Tunneling Microscope" Jpn.J.Appl.Phys.31. L1302-L1304 (1992)
• [文献書誌] 大津元一、堀 裕和: "光による原子レベルの計測と制御" 計測と制御. 31. 943-948 (1992)
• [文献書誌] 大津元一、堀 裕和: "フォトンSTMの実験と理論" 光学. 21. 780-788 (1992)
• [文献書誌] 大津元一: "フォトン走査トンネル顕微鏡:光の回析限界を超えて" 日本物理学会誌. 45. 25-28 (1992)