研究課題
ダイナミックモードAFMでは、カンチレバーの励振にしばしば圧電素子が用いられるが、液中ではカンチレバーのQ値が低いために、溶液セルの機械振動の誘発や、カンチレバー/ホルダー界面の振動伝達関数の影響から、スプリアス(余計な)ピークが現れる。これにより、カンチレバーの見かけ上のQ値が向上してしまい、周波数変調方式AFM(FM-AFM)において、保存力と散逸力の分離が困難となるだけでなく、それぞれの定量的計測を妨げることを明らかにした。また、この問題に対し、強度変調レーザ光を用いた光熱励振系を構築することで、カンチレバーに理想的な周波数応答特性を持たせることに成功し、FM-AFM測定前にカンチレバーの励振特性を事前に測定しておくことで、定量的な保存力と散逸力を測定できることを示した。一方、従来、真空中や大気中の表面電荷計測法として用いられてきたケルビンプローブ原子間力顕微鏡(KFM)や静電気力顕微鏡(EFM)と同様に変調電圧を探針-試料間に印加した場合にカンチレバーの各部位に誘起される表面張力・静電気力を解析したところ、探針先端にはたらく相互作用力が非常に小さく、カンチレバーにはたらく力が支配的となることが示された。そのため、電解質溶液中でのナノスケール電荷分布計測には従来のKFMやEFMは利用できないことが分かった。一方、3次元フォースマップ法を用いて、電気二重層力を評価できることが分かった。また、DLVO理論との比較により、表面の電荷密度を推定できることも明らかとなった。
2: おおむね順調に進展している
当初の計画通り、液中で動作するFM-AFMにおける相互作用力のうち、保存力と散逸力を切り分けて精密に評価する技術を確立した。また、変調電圧の印加による液中KFM・EFMの動作が困難であることが分かったが、電気二重層力の評価によって試料表面の電荷密度を見積もることが可能であることを見出した。
今年度は、固液界面の三次元空間上の各点においてカンチレバーの周波数シフトもしくは散逸エネルギーを検出する三次元フォースマップ法を用いて電気二重層力の分布を評価し、そこから電荷密度を算出する方法について検討する。
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Appl. Phys. Express
巻: 4
DOI:10.1143/APEX.4.125102
AIP Advances
巻: 1 ページ: 022136/1-022136/1
10.1063/1.3601872
Review of Scientific Instruments
巻: 82 ページ: 073703/1-073703/
10.1063/1.3606399
