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ストロボスコピック・プローブ顕微鏡の測定には、力の検出におけるマイクロ秒レベルの時間分解能と、電荷が拡散しない絶縁体表面上における電荷検出の二つの要素がある。時間分解能は、既に本課題提案時にある程度の見通しを得ていた。しかし、絶縁体上の電荷観察は、まだ見通しが立っていなかった。そこで、本年はこの点に集中して研究を進めた。
試料として、マイカ上に吸着した金のナノ微粒子とDNA分子を取り上げた。絶縁体上では、一般に電界がどのようにかかるかわからないため、意味ある電荷測定は難しいと考えられてきた。しかし、実際に行うと、基盤の電位そのものは、試料の取り扱いにより大きく変化するが、金パーティクルやDNAの基板に対する電位差は安定して観察することができた。特筆すべきは、DNA分子はリン酸アニオンがあるため、全体として負に帯電しやすい状況が、画像として観察されたこと、また、水分子層など外部電界により双極子が誘起されやすい物質は、力のバイアス依存性に対して、非線形部分が大きくでることなど、これまで絶縁体表面では不可能と思われていた計測が、高い分解能で可能であるということがわかった。さらに、これらの現象のメカニズムを解明するために、基板の厚さや種類を変えて系統的な研究を行った。その結果、吸着分子にかかる電界は、絶縁体裏側と電極の間の距離で単純に分割されるものではなく、探針が無い大部分の表面上にある、ある固定した電荷が探針直下の分子にも電界を与えると言うことがわかった。この成果は、ストロボスコピック・プローブ顕微鏡を実現するために直接役立つばかりでなく、絶縁体上のナノスケール電荷検出という全く新しい可能性を導くものである。
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