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ナノデバイスの局所的な温度応答特性を明らかにするためには、ジュール加熱のような全体加熱よりも近接場フォトサーマル効果による局所加熱による温度応答特性を測定する方が理論的に記述しやすく不確かさが小さい。最終年度では、研究代表者らが既に確立した保有技術である近接場フォトサーマル効果をナノデバイスに適用し、以下に挙げる研究成果を得た。
１．近接場フォトサーマル技術の提案と高時間分解センシング
近接場フォトサーマル技術をナノデバイスに適用し、開発した近接場熱顕微鏡で局所的な温度応答特性を明らかにした。必要な温度上昇は近接場熱顕微鏡の温度分解能である5 K以上を目標とした。近接場フォトサーマル効果ではカップリングするレーザ光強度に上限があり、高強度の光を入射すると近接場プローブが破壊されてしまうことが予想されるため、プローブ材質と損傷閾値の関係をシミュレーションならびに実験から明らかにした。また、近接場熱顕微鏡の分解能を飛躍的に向上させる実験条件を明らかにした。以上の結果、ナノデバイスに近接場フォトサーマル技術を適用し、目標値を遥かに超える高い分解能を維持する局所加熱を達成するに至った。
２．サーマルシステムデザインに基づく革新的ナノデバイスの提案
サーマルシステムデザインに基づきメンブレン構造を有するナノデバイスを新たに作製し、開発した手法を適用することでデバイスの温度分布、温度応答特性、光学特性を明らかにした。実験から得られた結果から、熱特性・光学特性を適切に設定することでナノデバイス制御が可能であることが明らかとなった。
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