| 研究課題/領域番号 |
19H02562
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| 研究機関 | 東海大学 |
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研究代表者 |
立崎 武弘 東海大学, 工学部, 講師 (20632590)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 走査プローブ顕微鏡 / 分光 / ナノスケール / 光制御 / 光導波路 / チップ増強 |
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| 研究実績の概要 |
初年度は研究環境の整備として超短パルスレーザーを導入して広帯域光源を立ち上げた。また、自作の走査プローブ顕微鏡と曲率半径～10nmのプローブ（探針）先端からの散乱光を高効率で集光する光学系も構築し、高速ナノスケール分光計測技術の技術開発基盤を固めた。更に、類似研究で利用されている薄膜試料を用いて既知の測定結果と比較可能なスペクトルを得、構築した設備を評価した。
独自の導波路型シリコン薄膜ナノ光プローブを近接場光スポット励起光学系や高効率散乱光計測系、ビームの高精度高安定制御技術と組み合わせた計測システムを構築した。このシステムが表面微細構造において光励起された表面プラズモンの干渉パターンを計測できる感度と分解能を有する高分解光計測技術であることを実験実証した。本技術開発で確立したビーム制御技術は、固定された集光光学系を持ちながらビームスポット位置とビーム入射角を独立して任意に制御可能な方法である。ビーム制御にピエゾ駆動系を採用したことで、入射角0.029度、スポット位置0.1 マイクロメートルの高精度で制御可能である。固定された集光光学系を採用したことで安定した高精度ビーム制御が可能であり、多様な光学系に展開可能な技術を開発できた。
導波路型ナノ光プローブを活用したチップ増強ラマン散乱計測では、ナノスケールラマン散乱の二次元マッピングや単層有機薄膜の特徴的なスペクトルを測定するに至った。最先端計測と同等感度で、二次元マッピングが可能な計測速度を有する分光計側技術を確立した。
超短パルスレーザーと走査プローブ顕微鏡を組み合わせた顕微光計測の技術・装置開発を進め、探針先端における増強電場の評価やナノ空間・ピコ秒時間分解スペクトル計測、二次元微細構造の計測を実現するに至った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
研究目標であるプローブ顕微鏡による高速ラマン分光測定技術の開発は当初計画以上の進捗であり、既にラマンスペクトルの２次元マッピングが可能となるまで完成度を上げられたなど、計画を上回る進捗がある。
チップ増強コヒーレントアンチストークスラマン分光システム構築は、広帯域光源が計画通りに立ち上がり、自作のプローブ顕微鏡と融合するところまで開発を進められたため、概ね計画通りに進められている。また、相変化材料などのターゲット物質の基礎物性評価に関しても成果を上げられたなど、開発全体は計画以上に進んでいる。
パルスレーザーと走査プローブ顕微鏡を組み合わせたシステムを用い、探針先端で増強する電場を利用した分光計側に関して成果を上げられた。特に探針増強電場の評価やナノ空間・ピコ秒時間分解スペクトルの取得、増強電場のみによるナノ構造計測を達成するなどの重要な成果である。また、導波路型ナノ光プローブ開発と近接場励起光学系、散乱光の高S/N検出光学系の開発に関わる成果も上げた。この導波路型ナノ光プローブを用いた計測技術は、表面金属構造における表面プラズモンの干渉を計測できるなど、価値がある成果である。光制御技術として多様な光学システムの進歩に一定の価値が認められる技術も確立できたため、成果も計画以上に上げられている。
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| 今後の研究の推進方策 |
探針先端の電場評価や光学系に関する開発で一定の成果を上げている。また、サンプル準備も順調に進んでおり各サンプルの基礎評価も順調に進んでいる。一部のサンプルについては既にラマンスペクトルが安定して計測できるまで開発を進めており、技術開発の成果と併せて成果をまとめている。今後は計測技術を確立させるための技術開発、とくに高速スペクトル測定に関わる光学・エレクトロニクスの開発を推進する。ナノメートル空間分解能で分光計測が高速に可能な技術の確立を目指す。
開発・確立したナノ光プローブと励起検出光学系を活用することで、ナノメートル空間分解ラマンスペクトルの2次元イメージングが可能であることも実験検証できた。引き続き技術開発と計測応用・物性計測の両方を推し進め、poly(methyl methacrylate)/poly(styrene-co-acrylonitrile)混合有機薄膜など、プローブ顕微鏡の有する高い空間分解能が活かせる計測対象の物性計測にもチャレンジする。また光退色性を示すMalachite green isothiocyanate薄膜を用い、時々刻々と変化するスペクトルを追跡計測するなどのデモンストレーションにも積極的に挑戦する。
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