フォトン原子間力顕微鏡の試作研究

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08554007
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 菅原 康弘 大阪大学, 工学部, 助教授 (40206404)
• キーワード: フォトン / 原子間力顕微鏡 / 近接場光学 / エバネッセント場 / 力 / 電子-正孔対生成 / 静電気力 / 超高真空

研究概要

エバネセント場を高分解能に測定のための観察条件を検討し、さらに、開発するフォトン原子間力顕微鏡の性能評価を行う。
1)エバネッセント場を高分解能に測定するための観察条件の検討
フォトン原子間力顕微鏡の分解能を高めるためには、探針先端を試料表面にできるだけ近づける必要がある。具体的には、原子間距離に相当する間隔(5Å以下)まで近づける必要があると考えている。しかし、このような距離では、エバネッセント光による力だけでなく、原子間力も急激に増加する。これらの力の勾配が、板ばねのばね定数よりも大きくなると、深針が試料側に突然ジャンプし、接触してしまう。この接触により、先鋭な探針先端が破壊されてしまい、高分解能観察が困難になる。そこで、エバネッセント場を高分解能に測定するために必要なばね定数の大きさについて実験的に検討した。
2)フォトン原子間力顕微鏡の性能評価
試料として直径数nm程度のラテックス球やLB膜などを取り上げ、フォトン原子間力顕微鏡の垂直方向および水平方向の分解能を評価した。その結果、波長の1/14の空間分解能を有することを確認した。
3)空間分解能を向上させるための指針の取得
エバネッセント光から力への変換効率や、空間分解能を制限している因子(例えば、混入する音響振動や力の検出感度、力を検出する探針の熱振動の影響など)を検討し、フォトン原子間力顕微鏡で原子分解能を達成するまでに必要な指針を探った。

研究成果

• [文献書誌] Y.Sugawara et al.: "“True atomic resolution imaging with noncontact atomic force microscopy"" Appl.Sur.Sci.Vol.113/114. 364-370 (1997)
• [文献書誌] M.Abe et al.: "Measurement of the Evanescent Field Using Noncontact Mode Atomic Force Microscop"" Opt.Rev.Vol.4,No.1B. 232-235 (1997)
• [文献書誌] T.Uchihashi et al.: "“Charge Dissipation on Chemically Treated Thin Silicon Oxide in Air"" Jpn.J.Appl.Phys.Vol.36,No.6A. 3755-3758 (1997)
• [文献書誌] T.Uchihashi et al.: "“Development of ultrahigh vacuum atomic force microscopy with frequency modulation detection and its application to electrostatic force measurement"" J.Vac.Sci.Technol.B.Vol.15,No.4. 1543-1546 (1997)
• [文献書誌] M.Abe et al.: "“Detection mechanism of optical evanescent field using a noncontact mode Atomic force microscope with a frequency modulation detection method"" J.Vac.Sci.Technol.B.Vol.15,No.4. 1512-1515 (1997)
• [文献書誌] N.Sasaki et al.: "“Analysis of frictional-force image patterns of a graphite surface"" J.Vac.Sci.Technol.B.Vol.15,No.4. 1479-1482 (1997)
• [文献書誌] J.Ohgami et al.: "“Growth of Two-Dimensional Nucleus on a Cleaved(010)Surface of (NH_2CH_2COOH)_3・H_2SO_4"" J.Phys.Soc.Jpn.Vol.66,No.9. 2747-2750 (1997)
• [文献書誌] T.Uchihashi et al.: "“Role of a covalent bonding interaction in noncontact-mode atomic-force microscopy"" Phys.Rev.B. Vol.56,No.16. 9834-9840 (1997)
• [文献書誌] R.Nishi et al.: "“Simulated Computed Tomography for Reconstruction of Vacancies from Atomic Force Microscope Image"" Jpn.J.Appl.Phys.Vol.36,No.10B. L1410-L1412 (1997)
• [文献書誌] M.Abe et al.: "“Force Imaging of Optical Near-Field Using Noncontact Mode Atomic Force Microscopy"" Jpn.J.Appl.Phys.Vol.37,No.2A. L167-L169 (1998)
• [文献書誌] H.Ueyama et al.: "“Stable operation mode for dynamic noncontact atomic force microscopy"" Appl.Phys.A.Vol.66(in press). (1998)