光STMによる半導体メゾスコピック系のナノスケールレーザー分光法の開発

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07554007
• 応募区分: 試験
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 伊藤 正 東北大学, 工学部, 教授 (60004503)
• 研究分担者: 枝松 圭一 東北大学, 工学部, 助手 (10193997) ; 鈴木 吉朗 東北大学, 工学部, 講師 (80133932) ; 張 紀久夫 大阪大学, 基礎工学部, 教授 (60013489) ; 千葉 徳男 セイコー電子工業(株), 技術総括部・基礎技研, 研究員
• キーワード: 光STM / 走査型近視野顕微鏡 / 半導体メゾスコピック粒子 / ナノスケール分光 / 表面減衰波 / フォトニックハンド / ラテックス結晶 / 光ファイバープローブ

研究概要

1.近接場光学顕微鏡(SNOM/光STM)によるサブミクロン構造物質の観測
(1)サブミクロンサイズの色素ドープポリマー球を2D配列させた試料について測定を行った。透過像については、一層と二層配列とでは全く異なるパターンを示すこと、ポリマー球サイズと光波長以外に近接場光照射用プローブの先端サイズが電磁波の局在モードと非局在モードの強度比率を変化させること、発光像では2D配列流の指向性をもって広がる非局在電磁波モードの観測に成功した。
(2)有機蛍光体微結晶(DAST)について、サブミクロンサイズの形状と蛍光像の同時測定ができた。この結果、個々の微結晶のサイズと発光波長との相関を明かにすることが可能となった。
2.低温用のSNOMの試作
(1)試料ホルダー冷却装置の材料選定、真空仕様のSNOM装置の設計を行い、現在試作中である。
(2)この装置で採用する水晶振動子型プローブ制御系の試作と性能を測定した。光フィードバックと同程度の性能が得られた。
3.非局所光学応答理論の枠組みの基礎的問題として、線形・非線形の感受率が良い近似で分離型の積分核になることを一般的に示した。また、共鳴型の近接場顕微鏡を反射モードで用いると電気双極子遷移の選択則が破れることを示した。
4.水晶振動子をSNOMのプローブホルダーのマウントし、液体窒素温度でバイモルフによる励起および水晶振動子による振動検出が可能なことを確認した。
5.以上の成果に立って、以下の研究を継続する。
(1) SNOM用光ファイバープローブを搭載し、低温動作の近接場顕微鏡を実現する。
(2) 100K程度の低温下で各種半導体のナノ粒子分散系、有機蛍光体ナノ結晶の発光測定を行い、サイズを選別したナノ構造の光物性研究を行う。
(3) 2D配列した半導体、絶縁体球の系をSNOM光源で照らしたときの応答を非局在理論で考察する。また、2D周期系のフォトニックバンドの計算を、複写寿命の効果を含めて計算する。

研究成果

• [文献書誌] Toru Fujimura: "Scanning Near-field Optimal Images of Ordered Polystyrene Particle Layers in Transmission and Luminescence Excitation Modes" Optic Letters. 22, 8(印刷中). (1997)
• [文献書誌] Toru Fujimura: "Observation of local light propagation in ordered LATEX layers by scanning near-field optical microscope" Material Science and Engineering B. (印刷中). (1997)
• [文献書誌] Norio Chiba: "Reasolution of an otical image of a scanning near-field optical/atomic force microscope as a function of sample-probe distance during synchronized irradiation" Thin Solid Film. 237. 331-334 (1996)
• [文献書誌] Yasushi Ohfuti: "Separable nature of nonlocal susceptibilities for general cases of interacting radiation-matter systems" Journal of Luminescence. 66&67. 94-96 (1996)
• [文献書誌] Kikuo Cho: "Theory of resonant SNOM (Scanning Near-fieldOptical Microscopy): Breakdown of the electric dipole selection rule in the reflection mode" Surface Science. 363. 378-384 (1996)
• [文献書誌] Kikuo Cho: "Use of renormalized radiation Green's function in microscopic nonlocal optical response theory : Applications to surface problems" Springer Series in Solid State Sciences. 121. 193-200 (1996)
• [文献書誌] Hajime Ishihara: "Nonlinear optical response due to resonance enhancement of the internal field with particular spatial distribution" Physical Review B. 53. 15823-15833 (1996)
• [文献書誌] Kikuo Cho: "Resonant Bragg Scattering from a Finite Crystal" Material Science and Engineering B. (印刷中). (1997)
• [文献書誌] Yasushi Ohfuti: "New method of photonic band calculation and its application" Journal of Luminescence. (印刷中). (1997)
• [文献書誌] Yasushi Ohfuti: "Size- and Shape-dependent optical properties of assembled semiconductor spheres" Journal of Luminescence. 70. 203-211 (1996)