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2013 年度 実施状況報告書

フォトン原子間力の超高感度化・超高分解能化

研究課題

研究課題/領域番号 25600117
研究種目

挑戦的萌芽研究

研究機関大阪大学

研究代表者

李 艶君  大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50379137)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
キーワード近接場光 / AFM / 原子スケール
研究概要

1)カンチレバーの変位検出計の高感度化
近接場光を高感度に測定するため、カンチレバーの変位検出計(光ファイバ干渉計)の低ノイズ化を実現した。具体的には、現有の変位検出計では、光源のモードホップノイズにより検出感度が制限されているので、半導体レーザに高周波変調を重畳することによりモードホップノイズを低減し、変位検出計の低ノイズ化を実現した。
2)カンチレバーの小振動動作・高周波化による高感度化・高分解能化
従来のカンチレバーに比べて、ばね定数が大きく、共振周波数の高いカンチレバー(k=2,000N/m, f=2MHz)を導入し小振動、振幅(0.1nm程度)での動作を実現した。この結果、探針・試料間の相互作用時間が長くなることにより、周波数シフトが増大し、力の検出感度が向上した。短距離力に対する感度が向上し空間分解能も向上した。
3)バックグランド光を低減した光照射系の実現
近接場光を高分解能に検出するためには、バックグランド光を低減した光照射系を実現することが重要である。そこで、光学レンズやプリズム表面での不要反射が極限まで低減するように現有の装置の照射光学系を改良した。なお、照射光源としては、現有の青色半導体レーザ(波長440nm)を使用した。

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

25年度の計画以上を順調に進んでいる。
以下の計画を実現した。
1)カンチレバーの変位検出計の高感度化(低ノイズ)を実現した。2)カンチレバーの小振動動作・高周波化による高感度化・高分解能化を実現した。短距離力に対する感度が向上し空間分解能も向上した。3)バックグランド光を低減した光照射系を実現した。
また、4)近接場光による力の高精度測定を実現した。

今後の研究の推進方策

今後は以下の研究計画で推進する。
1)近接場光の最適観察条件の実験的検討
近接場光を最も高感度に測定するための条件を実験的に検討する。具体的には、周波数シフト曲線(周波数シフトの探針・試料間距離依存性)を測定し、次に、これを数値計算により力曲線に変換し、さらに、様々な振動振幅に対する周波数シフト曲線を導出する。この周波数シフト曲線に対する信号対雑音比を求め、感度の良くなる観察条件を求める。
2)近接場光の原子分解能観察の実証
物質表面の構造、局在する近接場光の強度分布を原子スケールで観察できることを実証する。ここで、試料としては、原子的に平坦なサファイア(α-Al2O3)表面や、その上に吸着させた金属微粒子などを取り上げる。なお、この観察には原子レベルで清浄で平坦なAl2O3(0001)表面を用いる必要があるが、バルクのサファイアを超高真空中で加熱することにより準備する。

次年度の研究費の使用計画

会計上で発生した金額である。
消耗品で使う。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2013

すべて 学会発表 (8件) (うち招待講演 2件)

  • [学会発表] Identification of Al Atoms with Different Coordination on Al2O3/NiAl(110) Surface with NC-AFM2013

    • 著者名/発表者名
      Y. J. Li, S. Oozawa,
    • 学会等名
      The 1st China-Japan Symposium On Nanomedicine
    • 発表場所
      Naning, China
    • 年月日
      20131026-20131028
    • 招待講演
  • [学会発表] 力検出を用いた近接場光学顕微鏡による高分解能イメージング2013

    • 著者名/発表者名
      徳山貴士,山西絢介,内藤賀公,李艶君,菅原康弘
    • 学会等名
      2013年秋季第74回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      同志社大学 京田辺
    • 年月日
      20130916-20130920
  • [学会発表] 直流バイアス電圧を用いないケルビンプローブ力顕微鏡による局所接触電位差の原子分解能イメージング2013

    • 著者名/発表者名
      神林良佑,冦麗麗,内藤賀公,李艶君,菅原康弘
    • 学会等名
      2013年秋季第74回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      同志社大学 京田辺
    • 年月日
      20130916-20130920
  • [学会発表] カンチレバーのQ値を向上させるカンチレバーホルダー2013

    • 著者名/発表者名
      磯山季歩,有馬英司,内藤賀公,李艶君,菅原康弘
    • 学会等名
      2013年秋季第74回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      同志社大学 京田辺
    • 年月日
      20130916-20130920
  • [学会発表] Surface Potential Clarification by Non-Feedback Kelvin Probe Force Microscopy2013

    • 著者名/発表者名
      L. Kou, R. Kanbayashi, Z. Ma, Y. Naitoh, Y. J. Li
    • 学会等名
      NC-AFM 2013
    • 発表場所
      Maryland, USA
    • 年月日
      20130805-20130809
  • [学会発表] Measurement of NiO(001) surface with magnetic exchange force microscopy using ferromagnetic resonance2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Sugawara, L. Kou, Z. Ma, Y. Naitoh and Y. J. Li
    • 学会等名
      NC-AFM 2013
    • 発表場所
      Maryland, USA
    • 年月日
      20130805-20130809
  • [学会発表] Atomic resolution optical imaging of the α-Al2O3(0001) surface by measuring photon-induced force2013

    • 著者名/発表者名
      T. Tokuyama, M. Furukawa, S. Yamada, Y. Naitoh, Y. J. Li, and Y. Sugawara
    • 学会等名
      NC-AFM 2013
    • 発表場所
      Maryland, USA
    • 年月日
      20130805-20130809
  • [学会発表] Identification of Aluminum Atoms with Different Coordination on Al2O3/NiAl(110) Surface by NC-AFM2013

    • 著者名/発表者名
      Y. J. Li, S. Oozawa,
    • 学会等名
      The 10th international symposium on test and measurement
    • 発表場所
      Beijing, China
    • 年月日
      20130616-20130619
    • 招待講演

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公開日: 2015-05-28  

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