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物質と光との電磁相互作用を原子レベルで直接測定できる装置が開発されれば、光科学や表面科学、材料科学、生物科学など多くの分野で革新的な研究手段になることは間違いない。本研究は、力検出を用いた近接場光学顕微鏡の超高感度化・超高分解能化を実現するとともに、その原子分解能観察の機構を解明することを目的とする。この顕微鏡では、原子間力顕微鏡の力センサーである半導体探針を近接場光の中に挿入し、半導体探針の先端に電子・正孔対を生成させ、その結果生じる半導体探針先端の表面電位（光起電力）を力として検出する。
本研究では、振幅変調された光をカンチレバー先端に照射し、カンチレバーの周波数シフトに現れる変調成分をロックインアンプで検出すことにより、近接場光成分を測定する。近接場光を高分解能に検出するためには、バックグランド光を低減した光照射系を実現することが重要である。そこで、光学レンズやプリズム表面での不要反射が極限まで低減するように照射光学系を改良した。
次に、物質表面の構造と局在する近接場光の強度分布を原子スケールで超高感度・超高分解能に観察できることを実証した。試料表面としては、原子レベルで清浄で平坦な表面を用いる必要があり、バルクのサファイア（α-Al2O3）からなるプリズムを超高真空中で加熱処理することにより得られる(0001)表面を取り上げた。
さらに、近接場光分強度の探針・試料間距離依存性を検討した。その結果、近接場光が試料表面の原子の極近傍に局在していることを見出した。また、画像化機構を検討し、原子レベルで平坦なサファイア(0001)表面のアルミニウム原子が、原子レベルで画像化されていることを明らかにした。
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