| 研究課題/領域番号 |
22H00279
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| 研究機関 | 金沢大学 |
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研究代表者 |
新井 豊子 金沢大学, 数物科学系, 教授 (20250235)
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| 研究分担者 |
富取 正彦 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 名誉教授 (10188790)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| キーワード | 周波数変調原子間力顕微鏡 / 赤外分光 / タングステン探針 |
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| 研究実績の概要 |
(1-1) 大気型FM-AFM装置への光学系の設計設置
2395-1995 cm-1範囲を掃引可能な量子カスケードレーザー（QCL）システムを導入した。本システムは、QCL素子を、４つまで拡張可能であり、2024年度に追加モジュールを導入予定である。QCLシステムを、現有のFM-AFM装置と同じ除振機構の上に設置し、探針直下の試料に赤外レーザー光を照射するための光学系を設計し、組み込んだ。
(1-2)清浄金属探針作製法の確立
音叉型水晶振動子を基体とするFM-AFM用力センサーに取り付ける清浄な金属探針の作製法を確立する。タングステン（W）線を水素酸素混合ガス（H2:O2=2:1）炎の中で酸化・昇華を繰り返してエッチングする手法により先鋭化された探針を作製してきた。直径0.1mmのW線では、１秒以下の短時間で先鋭化され、最適時間以上に炎の中に入れていると鈍化してしまうため、燃焼ガスラインにソレノイドバルブを導入して、エッチング時間を10 msの精度で制御した。また、冷却時の過剰なW線の酸化を抑制するために、ノズル周囲にArガスを供給できるようにした。W線を挿入後250－300 msで炎を消火すると再現性よく先端半径が100 nm以下のW探針を作製できた。Arガス雰囲気での炎エッチングでも酸化膜が僅かに残るため、高真空中で、青色レーザで約５秒間1300℃で加熱することで、酸化膜を低減した。炎エッチングで先鋭化したW探針先端を透過型電子顕微鏡（TEM）で、観察および電子線回折像を解析したところ、先端は[110]方向を向いて単結晶化していること、先端は扁平しており、扁平面が(001)面のテラスとステップから形成されていることが推定された。探針先端の結晶性を向上させたことで、物性測定のためのSPM探針の性能向上に繋がると予想される。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
2022年度に別予算で導入したレーザー装置を用いて、TS-IR実証実験を開始する予定だったが、当該レーザー装置では、本研究の仕様を満たさないことが分かった。この失敗を活かし、本年度導入したQCLシステムは、本研究の仕様を充分に満たしていることが確認できた。
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| 今後の研究の推進方策 |
QCLが、探針直下の試料表面に集光し、充分な出力で発振しているか確認する。W探針を形成したRTFセンサーの振動に同期して、QCL光を点滅させ、TS-IRの検証から始める。
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