| 研究課題/領域番号 |
19H02090
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
藪野 浩司 筑波大学, システム情報系, 教授 (60241791)
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| 研究分担者 |
山本 泰之 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (00398637)
松本 壮平 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究センター長 (70358050)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 原子間力顕微鏡 / レゾネーター / 自励振動 / モード局在化 |
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| 研究実績の概要 |
FM方式の原子間力顕微鏡の感度向上を目的として、連成カンチレバーのモードシフトを利用した方法を理論的に提案した。高粘性環境中でも利用可能にするため、広く利用されている強制加振を用いずに、フィードバックによるり自励発振を利用して、モードを発生させることを提案した。二つのカンチレバーのうちのひとつに原子力を作用させることによって生じるモードの変化を計測する。この際、二つのカンチレバーの固有周波数を同一にすること、それらの連成を極めて低くすることで感度が増加することを理論的に指摘した。提案手法の有効性を検討するため、マクロカンチレバーを用いた実験を行った。原子間力を影木裕磁石の磁気力で模擬し、計測感度を実験的に検証した。その結果、単一カンチレバーを用いた従来法と比べて、感度を約40倍増加した。
さらなる感度の向上を目指すためには、さらなるカンチレバーの弱連成化とカンチレバーの同一化が必要である。現状での機械工作精度では、これらは困難であるため、あらたにバーチャル方式を提案した。すなわち、原子間力を受けるカンチレバー（リアルカンチレバー）以外のカンチレバーをバーチャルとし、リアルタイム計算機シミュレーションでその運動を計算する。これによって、リアルカンチレバーと同一の振動特性を持つカンチレバーを構成でき、さらに連成も理論上いくらでも小さくできることから、さらなる感度の向上が期待できる。本手法の有効性をマクロカンチレバーで検証した。
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| 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
新たな計測手法を提案し、理論通りの計測感度の向上が確認できたことから、2020年度の計測システムのマイクロ化に向けて、基礎的な方法論が方法論が確立し、研究は順調に進展していると判断する。
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| 今後の研究の推進方策 |
実試料の計測に向けて、カンチレバーのマイクロ化を行う。マクロのものに比べてカンチレバーの固有周波数が1000倍に達するので、数値計算のスピードの格段の向上が必要である。そのためにFPGAなどを導入することにより、高速ディジタル化を行い、2019年度にマクロシステムで達成した高感度計測を実用システムで実現する。さらにそれを用いて、実試料の計測を行い、有効性を検証しつつ、装置の改良を行う。
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