2015 Fiscal Year Annual Research Report
1光子検出かつ1分子感度を有する先端増強近接場分光法の開発
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15H03569
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
早澤 紀彦 国立研究開発法人理化学研究所, Kim表面界面科学研究室, 専任研究員 (90392076)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 走査プローブ顕微鏡 / ナノ材料 / メゾスコピック系 / 光物性 / 表面・界面物性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成27年度は研究課題名である「1光子検出かつ１分子感度を有する先端増強近接場分光法の開発」における、“1光子検出”の開発に注力した。時間分解光子計測を可能とする、PicoQuant社のHydraHarpを研究費により購入し、1光子計測が可能となるかを実験的に検証した。光源にはパルスレーザー光源が必要となり、ピコ秒パルスレーザー光源をPicoQuant社からデモ機として借用することができたため、色素分子（ローダミン６G）を試料として、時間分解光子計数方により蛍光寿命を測定することを確認した。また、カーボンナノチューブと色素分子を混ぜた試料を用いて、時間分解光子計数測定をすることで、カーボンナノチューブからのラマン散乱と色素分子からの蛍光を分離検出し、1光子感度でカーボンナノチューブのラマン散乱光を検出できることが示された。本システムと原子間力顕微鏡を用いた近接場プローブの共振周波数を変調信号としてトリガー動作させることを達成し、HydraHarpの時間ゲートにより、近接場信号と背景光の分離検出に成功した。
また、1報の査読付き論文を報告し、3件の国際学会招待講演、3件の国内学会招待講演を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成27年度は1光子検出を可能とすることを集中的に開発項目として掲げ、研究費にて購入した時間分解計測装置により、種々のテストサンプルを用いて、1光子検出が可能であることを実証することができた。また、実際のプローブ顕微鏡の動作と連動して機能するこも確認できたことから、当初の計画は達成されたといえる。しかし、平成27年度に開発した本時間分解光子計数法の動作にはパルスレーザー光源が必須であることから、デモ機対応では限界があるため、平成28年度には、パルスレーザー光源を購入し、より多くのデータ取得を効率よく進めていきたい
また、研究課題と関連して計6件の招待講演を受け、本研究課題をアピールし、認知度もかなり高くなっていると認識できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度は信号の増幅に取り組む。具体的には、自作した走査型トンネル顕微鏡(STM)の金属プローブと金属基板に吸着した分子により金属プローブ-分子-金属基板を構成し、金属ギャップに分子を配置する。STMの高い距離制御技術により1nm程度のギャップに分子を精密に配置することができる。このギャップにレーザー光を照射することで、ギャップモードプラズモンが励起され、極めて高い電場の増強効果がギャップで期待される。プラズモンの共鳴周波数はプローブの先端径に依存した複数のモードが想定され、そのモードの中で特に強い増強を生み出すのは、プローブ最先端の原子レベルの構造で決定されると考えられる。以下のことから２つのプロジェクトを予定している。
１）プローブの最適化：励起波長は固定であるため、この波長に共鳴周波数を対応させる必要がある。作成したプローブの最適化をトンネル電流励起によるSTM発光を観察することで行う。この発光はプラズモンモードを反映したピークを持つことから、STMのフィードバックを遮断した上で、さらに高バイアスを印加することで、先端の構造を変化させる。この行程を繰り返すことで、所望の共鳴周波数を持つプローブを作成する。
２）単分子からのSTM-TERS検出：試料としては、チオフェノール系の自己組織化膜を作成し、先の行程で作成したプローブにより単一分子感度での検出を目指す。また、分子間振動にも注目し、これらはTHz領域の低波数(<100cm-1)に分布すると考えられることから、THzラマンモード検出用の特殊なフィルタを購入し、光学系を構築する。孤立した分子のみならず、分子間相互作用に関する知見を単一分子感度で検出されることが期待される。
また、購入予定のパルスレーザーが納品され次第、平成27年度開発の光子計数システムとともに装置に融合していく。
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Research Products
(12 results)
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[Presentation] Nanospectroscopy by Photonics2016
Author(s)
Norihiko Hayazawa
Organizer
National Institute of Physics (NIP) Seminar, University of the Philippines Diliman
Place of Presentation
マニラ, フィリピン
Year and Date
2016-02-10
Int'l Joint Research / Invited
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