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2015 年度 実績報告書

極低温テラヘルツSNOM/STMの開発

研究課題

研究課題/領域番号 15H05423
研究機関東京大学

研究代表者

梶原 優介  東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (60512332)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワードテラヘルツ波 / 近接場顕微鏡 / パッシブ計測 / 極低温 / 走査トンネル顕微鏡 / 表面物性
研究実績の概要

パッシブ型のTHz近接場顕微鏡(SNOM)とは,常温物質のミクロな熱揺らぎにともなう極微弱なTHz電磁波(波長: 15 μm)を,外部照射光を一切使用せずに20 nmの超高分解能で検出可能な顕微鏡である.本研究の目的は,表面電子系が本質的な役割を果たす物質現象をより深く探るため, THz-SNOMの能力を飛躍的に発展させることにある.具体的には,1) 観察対象を極低温(4.2 K)まで拡張し,2) 8~20 μmの範囲で分光が可能で,かつ3) トンネル電流誘起によるTHz電磁場を検出可能,という新概念の極低温SNOM/STMを構築し,グラフェン等の表面新奇物性を探る.
平成27年度は,極低温SNOM/STMの設計・構築に重点を絞った.特に重要な要求仕様は,1度の液体ヘリウム充填で4.2 K近くまでチャンバ内温度が下がり,かつ半日以上低温を保つこと,光学系,試料走査系の振動を1 nmオーダ以下に抑えること,光学系の焦点と探針先端の位置をマイクロメートルオーダで位置決めするため,外部からチャンバ内を観察可能な光学系を有すること,である.それらの要求をすべて満たした極低温SNOM/STMを設計して必要部品を注文し,年度末に必要部品を全てそろえた.年度末には顕微鏡を構築し,基礎検証としてヘリウム充填時のチャンバ内の温度が効率よく下がるよう,改良を加えつつ充填実験(温度モニタリング)を行っている.現状では10 K近くまで到達するレベルになっているが,目標の4.2 Kまで到達していないため,平成28年度はチャンバ内熱伝導を少し改良して4.2 K到達を達成し,実際の試料測定実験に移る予定である.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究の達成のためには,まず低温チャンバおよび走査プローブ顕微鏡(SPM)の設計と構築が最も重要かつ時間のかかる部分であり,その点に年度内で目途が立ったため,進捗としては申し分ない.

今後の研究の推進方策

残り二年の間に,どれだけ早く低温SNOMによる近接場信号取得ができるかどうかが,本研究の推進に当たって大きなポイントとなる.平成28年度は常に数名がとりかかる研究体制で,密なディスカッションおよび時間の有効利用を行いながら年度内での近接場信号取得を目指す.4.2 Kというチャンバ内で探針先端と光学系焦点の位置をマイクロオーダの精度で位置決めできるかどうかが決め手となるが,その点は常温試料における経験を研究代表者が有しており,低温チャンバの扱いに関しても,協力関係にあるユニソク社などの知識・経験を総動員して達成する.

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件、 謝辞記載あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 5件、 招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Tip size dependence of passive near-field microscopy2016

    • 著者名/発表者名
      Kuan-Ting Lin, Susumu Komiyama, and Yusuke Kajihara
    • 雑誌名

      Optics Letters

      巻: 41 ページ: 484-488

    • DOI

      10.1364/OL.41.000484

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 超高感度THz波検出器(CSIP)の感度評価 -市販検出器MCTとの直接比較-2016

    • 著者名/発表者名
      根間裕史, 小宮山進, 金鮮美, 梶原優介
    • 雑誌名

      生産研究

      巻: 68 ページ: 175-178

    • DOI

      10.11188/seisankenkyu.68.175

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Two-color detection with charge sensitive infrared phototransistors2015

    • 著者名/発表者名
      S. Kim, S. Komiyama, T. Ueda, T. Satoh, and Y. Kajihara
    • 雑誌名

      Applied Physics Lettters

      巻: 107 ページ: 182106

    • DOI

      10.1063/1.4935256

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] パッシブ型THz近接場顕微鏡における信号温度依存性の観察2016

    • 著者名/発表者名
      林 冠廷、小宮山 進、金 鮮美、河村 賢一、梶原 優介
    • 学会等名
      応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東京工業大学,東京
    • 年月日
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [学会発表] 電流によりグラフェン表面に誘起される電磁エバネッセント波ーパッシブ・テラヘルツ近接場顕微鏡による可視化ー2016

    • 著者名/発表者名
      根間裕史,林冠廷,金鮮美,菅原健太,尾辻泰一,小宮山進,梶原優介
    • 学会等名
      応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東京工業大学,東京
    • 年月日
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [学会発表] Laser-assisted tip positioning method for a passive near-field microscope2015

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Kajihara and Yuta Kanehara
    • 学会等名
      The 8th International Conference on Leading Edge Manufacturing in 21st Century (LEM21)
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      2015-10-19
    • 国際学会
  • [学会発表] Probing thermal evanescent waves on dielectrics with a passive near-field microscope2015

    • 著者名/発表者名
      T. Yokoyama, K.-T. Lin, S. Kim, Y. Kajihara
    • 学会等名
      International Symposium on Measurement Technology and Intelligent Instruments (ISMTII2015)
    • 発表場所
      Taipei, Taiwan
    • 年月日
      2015-09-24
    • 国際学会
  • [学会発表] A passive THz near-field microscope equipped with a helium-free cryostat2015

    • 著者名/発表者名
      Kuan-Ting Lin, Susumu Komiyama, Sunmi Kim, Ken-ichi Kawamura, and Yusuke Kajihara
    • 学会等名
      International Symposium on Measurement Technology and Intelligent Instruments (ISMTII2015)
    • 発表場所
      Taipei, Taiwan
    • 年月日
      2015-09-23
    • 国際学会
  • [学会発表] 誘電体上の熱励起エバネッセント波の観測2015

    • 著者名/発表者名
      梶原優介,横山貴文,金鮮美,林冠廷
    • 学会等名
      第76回秋季応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場,愛知
    • 年月日
      2015-09-13 – 2015-09-16
  • [学会発表] パッシブ型THz近接場顕微鏡による誘電体エバネッセント波の検出と評価2015

    • 著者名/発表者名
      横山貴文,林冠廷,金鮮美,梶原優介
    • 学会等名
      2015年度精密工学会秋季大会学術講演会
    • 発表場所
      東北大学,宮城
    • 年月日
      2015-09-04 – 2015-09-06
  • [学会発表] Probing thermal evanescent waves on dielectric surfaces2015

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Kajihara, Takafumi Yokoyama, Kuan-Ting Lin, and Sunmi Kim
    • 学会等名
      The 40th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2015)
    • 発表場所
      The Chinese University of Hong Kong, Hong Kong
    • 年月日
      2015-08-25
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Passive terahertz near-field microscopy with 20 nm resolution2015

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Kajihara
    • 学会等名
      International Symposium on Surface Topography & Optical Microscopy (IS2TOM) 2015
    • 発表場所
      Beidahuang International Hotel, Harbin, China
    • 年月日
      2015-07-24
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 梶原研究室

    • URL

      http://www.snom.iis.u-tokyo.ac.jp/

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公開日: 2017-01-06  

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