ファンデルワールス力の斥力化による微小プローブの低摩擦浮揚と力計測の高感度化

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本研究では微弱な力計測の向上を目的に新たな浮揚技術を目指している．機械的に力を測定する場合において，感度を向上させるためにはプローブが運動を開始する力の閾値を下げる必要がある．そのためにはプローブの運動を妨げる摩擦を減少させる必要がある．また，基礎振動などの外乱を低減する必要もある．この二つを実現する方法として，空中にプローブを浮揚させる方法が研究されてきた．固体との接触を取り除くことにより低摩擦力化と振動伝搬の遮断が可能となる．既に多くの浮揚技術が提案されているが，そのなかで電場による浮揚は制御が必要となる．超伝導のマイスナー効果とピン止め効果を利用すれば，制御することなく安定に浮揚できるが，現在のところ大気圧下の室温では超伝導は実現できていない．本課題では反磁性を利用した室温における浮揚に注目している．反磁性とは印加磁場の方向とは逆向きに磁気モーメントが生じる現象である．強い反磁性を有する物質としてグラファイトが挙げられる．力計測においては，力そのものを測定するのではなく，力により生じた変位や加速度を検出する．したがって，微小な力の測定を目的とする場合，プローブの質量が小さい方が望ましい．グラフェンは原子1個分の厚さを持つグラファイトであり，単位面積あたりの質量が極めて小さい．よって，グラフェンは微小力測定用のプローブとしての可能性を持っている．しかし，グラフェンに作用する反磁性力やその力による運動は十分には理解されていない．そこで，本年度はまず磁石の上で浮揚するグラフェンの運動を解析した．次に力計測に良く用いられるカンチレバーをグラフェンで作製した場合に，反磁性力でどのような変位を生じるかを考察した．また，昨年度に引き続きグラファイトの反磁性力測定装置の改良を行った．