走査トンネル顕微鏡を用いた時間分解磁気円二色性スペクトルナノ顕微鏡の試作

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26390027
• Research Institution: Shiga University of Medical Science
• Principal Investigator: 目良 裕 滋賀医科大学, 医学部, 教授 (40219960)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 走査トンネル顕微鏡 / 磁気円二色性分光 / ナノ顕微分光法

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、3次元空間でナノスケールの分解能を持ち、時間空間でピコ秒の分解能を持つ走査トンネル顕微鏡(STM)とスーパーコンティニュアム光パルスを基にしたナノ顕微光吸収分光法に、磁気円二色性分光法(MCD)を組み合わせ、試料のスピン情報を含む電子構造を空間的に高分解能で、かつ時間分解して測定可能な新しいナノ顕微分光装置の開発を目的としている。測定系の構築の一環として、二年度目の今年は以下の項目を行った。
１．磁場印加用STM試料ホルダーの作成：MCD測定に不可欠な磁場印加を行うために、前年度に設計したネオジム小型強力磁石を組み込んだ磁場印加STM試料ホルダーを作成した。その結果、他の測定系に影響を与えずに0.32 Tの磁場を試料に印加することが可能になった。ただし、真空槽ベーキング時の温度上昇で磁力の低下が起きる場合があり、ベーキング時の注意が必要であることがわかった。
２．磁場印加用STM試料ホルダーの設計：He-Ne CWレーザーを光源とし、ポッケルスセルおよび1/4波長板を用いた円偏光変調光学系を用いて、ガリウム砒素劈開面試料に対して円偏光変調光照射によるSTMトンネル電流変調信号の測定を試みた。現在までにMCDによると結論できる信号は得られていない。
３．in-situ 磁場印加機構の設計：変調信号がMCDによるかどうかの判断が困難な理由としては、磁場強度を変えるために試料を変更しなければならないため、探針と試料の状態が変化し、比較が難しくなるという点が大きい。したがって、同じ試料・探針に対して異なる磁場強度を印加できるよう、in-situで磁場強度を変更できる磁場印加機構を設計した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

フェムト秒レーザーの不具合が生じたため、その対応と光学系の調整に時間がかかったこと、およびスーパーコンティヌアム光発生用の特殊光ファイバーの劣化から、実験をHe-Ne CWレーザーで行わざるを得なくなり、当初予定より達成度はやや遅れている。

Strategy for Future Research Activity

今後は以下のように研究を進めていく。
１．in-situ 磁場印加機構の作成と実験系への取り付け：設計した磁場印加機構を実際に製作し、STM真空槽に付加してin-situでの磁場印加を可能にする。
２．円偏光変調光照射を用いたMCDによるトンネル電流変調信号の検出：前項の作業をもとに、磁場印加によって生じることが明らかな信号を検出する。光強度が足らないために信号が微弱であると考えられる場合は、STMユニットに現在装着されている集光光学系を取り替えて、探針直下での光強度を増強する。
３．フェムト秒パルスレーザーの修理：パルスレーザーによる測定を可能にするため、フェムト秒レーザーの不具合を解消する。
４．フーリエ変換光学系を通したスーパーコンティニュアム光パルスをプローブ光、円偏光変調光パルスをポンプ光として用い、STMトンネル電流を信号とするポンプ・プローブ実験を行い、時間分解MCDナノスペクトル測定を行う。

Causes of Carryover

パルスレーザーの故障に伴う研究の遅れに伴い、支出計画が次年度にずれこんだ。

Expenditure Plan for Carryover Budget

パルスレーザーの修理、および今年度設計し、次年度製作予定の in-situ磁場印加機構作成費用の一部に使用する。