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2022 年度 実績報告書

データ科学との融合による3次元原子間力顕微鏡の超解像化と高速化

研究課題

研究課題/領域番号 22H01954
配分区分補助金
研究機関金沢大学

研究代表者

宮田 一輝  金沢大学, ナノ生命科学研究所, 准教授 (10788243)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2026-03-31
キーワード原子間力顕微鏡
研究実績の概要

近年の原子間力顕微鏡(AFM)の技術発展に伴い、固液界面構造の3次元サブナノスケール計測や秒スケールで生じる動態の原子・分子分解能観察が可能となった。一方で、その画像解析や探針制御については従来のAFMと同様の手法が用いられており、比較的弱い力で表面上に吸着・拡散するイオン・分子を十分な解像度や速度で可視化することが未だ困難である。本研究ではデータ科学手法を3次元AFMデータへ適用することで、従来のAFMの性能限界を超越した超解像化解析及び高速観察を実現する。
今年度はデータ科学手法による解析手法の基礎検討に取り組んだ。Pythonを用いて、機械学習による3次元AFM画像の分類・特徴抽出アルゴリズムを構築した。これにより、フォースカーブの形状(ピークの位置や数)などを捉えられる可能性を見出している。ただし、多くの不具合が残っており、その正確性には未だ難が残されていることから、次年度は信頼性を向上させるための修正に取り組む。
また、このような解析をリアルタイムに実現するためのAFMコントローラの仕様設計を行った。ここでは、高速性及び低ノイズ性を重視し、さらに必要十分な数の入出力端子(AD/DAインターフェース)も備えた仕様としている。ただし、電子部品の入手が難航しており、その構築までには至っていない。そのため、次年度以降も引き続きコントローラ開発に取り組み、その性能評価を実施する予定である。

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

本年度に設計したAFMコントローラについては、本年度中に構築まで行う予定であった。しかし昨今の感染症や海外情勢の影響に伴い、必要な電子部品の入手が難航したため、構築までには至らなかった。そのため、本進捗についてはやや遅れている状況である。

今後の研究の推進方策

次年度については、引き続き超解像化・高速化を実現するためのアルゴリズム開発を継続する。また、AFMコントローラの構築については、電子部品を入手でき次第早急に取り掛かり、動作・性能確認を行う。また、これらの技術の実用性を実証するための応用研究を開始する。

  • 研究成果

    (2件)

すべて 2022 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 学会発表 (1件) (うち国際学会 1件)

  • [国際共同研究] Aalto大学(フィンランド)

    • 国名
      フィンランド
    • 外国機関名
      Aalto大学
  • [学会発表] Nanoscale distribution of polymer-water interfacial properties investigated by three-dimensional scanning force microscopy2022

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Miyata
    • 学会等名
      6th NanoLSI Symposium
    • 国際学会

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公開日: 2024-12-25  

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