高機能走査型近接場光学顕微鏡の開発と微粒子配列結晶のナノスケール分光

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11554012
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 伊藤 正 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (60004503)
• 研究分担者: 枝松 圭一 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教授 (10193997) ; 村松 宏 セイコーインスツルメンツ(株), 基盤技術部, 専門課長(研究職)
• キーワード: 近接場光学顕微鏡 / SNOM / プローブの非光化 / SNOMの低温化 / 微粒子配列結晶 / フォトニックバンド / ナノスケール分光 / SNOMの解像度

研究概要

1.近接場光学顕微鏡(SNOM)に関して、カンチレバー型のプローブをストレート型に変更した装置を製作し、ペリレン有機微結晶をプローブからの直線偏光で励起し、ペリレンの吸収が偏光特性を持つことを利用してサブミクロンサイズの微結晶の方位を決定することに成功した。
2.SNOMの探針を使ってUV光を照射することにより、ペリレン微結晶の表面を100nmスケールで光化工する(穴を空ける)ことができることを発見した。
3.SNOMを用いてポリスチレン微粒子の2次元配列結晶の透過像を各々プローブから光を入射するモード(イルミネーションモード)と、プローブで光をモニターするモード(コレクションモード)について測定した結果、両者ともほぼ同じ像を形成することが分かった。計算との比較によりSNOM探針が一種の偏光選択素子として働き、2次元面に平行な偏光成分を主に拾うことが確かめられた。
4.ポリスチレン微粒子は配列集合化することによりフォトニックバンドを形成する。活性酸素イオンエッチングにより微粒子間距離を変えると、フォトニックバンドが変化することが確かめられた。これによって、単独微粒子と配列微粒子では異なったSNOM像を示すことを使えば、ポリスチレン微粒子をSNOMの解像度を検証する標準試料として用いることができる。
5.プローブ制御の非光化とともに、クライオスタット中に組み込んで低温での測定が可能となる装置の開発を進めている。低温での安定性にはまだ問題があり、室温に近い解像度の像を得るための改良を続けている。
6.上記の研究によりポリスチレン微粒子がSNOM標準試料として利用できること、その2次元フォトニックバンド効果がほぼ明らかになったので、今後は磁性材料をコートした光ファイバーを用いた磁気・光プローブを開発し、磁性金属、半導体蒸着膜の測定を通じてナノスケール磁気・光センサーとしてのSNOMの可能性を探る予定である。

研究成果

• [文献書誌] T.Fujimura: "Near-field optical images of ordered polystyrene particle layers and their photonic band effect"J.Lumin.. 87-89. 954-956 (2000)
• [文献書誌] T.Fujimura: "Similarity in Images between Illumination and Collection Mode SNOM Observation of a Polystyrene Particle Layer"Proceedings of the 2nd Asia-Pacific Workshop on Near-field Optics. 94. 94-99 (2000)
• [文献書誌] R.Shimada: "Photonic Band Effect in Ordered Polystyrene Particle Layers"Mol.Cryst.Liq.Cryst.. 349. 2001-2003 (2000)
• [文献書誌] T.Fujimura: "Morphology and photonic band structure modification of polystyrene particle layers by reactive ion etching"Appl.Phys.Lett.. 78(in press). (2001)
• [文献書誌] R.Shimada: "Extended photonic band structures in quasi-two-dimensional polystyrene colloidal crystals"Phys.Rev.. (in press). (2001)
• [文献書誌] T.Fujimura: "Near-field optical properties of ordered polystyrene fine particle layers as photonic crystals"Proceedings of APPC2000,World Scientific. (in press). (2001)
• [文献書誌] 伊藤正: "レーザー研究,28"レーザー分光の基礎II-蛍光分光-. 54-59 (2000)
• [文献書誌] T.Fujimura: "Springer Verlag, Topics in Applied Physics Series"Photonic-band effect on near-field optical images of 2D sphere arrays(in press). (2001)