円偏光磁気力顕微鏡による局所磁場観測と局所磁場による磁性ナノ粒子制御

使用圆偏振磁力显微镜观察局部磁场并使用局部磁场控制磁性纳米颗粒

基本信息

批准号：
19K23589
负责人：
山西絢介
金额：
$ 1.83万
依托单位：
Institute for Molecular Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-08-30 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

光と物質の相互作用をナノメートルで観測することは、長きにわたって注目されてきた研究対象である。特に、反転対称面を持たない構造を表すキラリティを持つナノ構造体は、入射する円偏光の方向に対して異なる光学応答を示すことが知られている。現れる光学応答として静磁場も考えられるが、これまでにナノ構造体のようなメゾスコピックな対象に対して、そういった相互作用（静磁場）を観測された例はない。そのため、そういったキラルなナノ構造体の光と磁気のナノスケールでの関係は、未解明なところが多い。本研究では、磁性探針を用いた原子間力顕微鏡を応用して、円偏光を照射することで生じるナノスケールでの磁場の観測を実現する円偏光磁気力顕微鏡の開発を試みた。そこで、はじめにナノスケールでの光誘起の現象を原子間力顕微鏡で観測するための測定手法である、ヘテロダインＦＭ法の導入に成功した。この方法は、光誘起の現象を観測する際に生じる探針と試料の熱膨張の効果を磁場の信号から分離する方法である。さらに、ヘテロダインＦＭ法の導入と、光誘起の現象の高い検出感度での測定に必要な周波数変調方式の原子間力顕微鏡法の導入に成功した。この方法は、力検出器の共振周波数の変化を測定することで、探針-試料間距離の制御を行う方法である。これらの方法を用いて、探針と試料（金ナノ構造体）の双極子間の相互作用を測定することによる光誘起の現象の観測に成功した。これによって、精度高く光誘起の現象が観測できることが明らかになった。

长期以来，观察光与物质的相互作用一直是一项研究主题。特别是，已知没有倒对称平面的结构的手性结构的纳米结构表现出对入射循环偏振光方向的不同光学响应。静态磁场也被认为是出现的光学响应，但是对于纳米结构（例如纳米结构），从未观察到任何这种相互作用（静态磁场）。因此，这种手性纳米结构中的光与磁性之间的关系尚不清楚。在这项研究中，我们试图开发一种循环极化的磁力显微镜，该显微镜可以使用磁探针使用原子力显微镜观察到通过照射圆极化光所产生的纳米级磁场。因此，我们成功地引入了杂尼FM方法，这是一种使用原子力显微镜观察纳米级现象的测量方法。该方法分隔了探针和样品的热膨胀的影响，而探针和样品在观察来自磁场信号的光诱导现象时。此外，已成功引入了杂化FM方法和原子力显微镜，这是一种对光诱导现象具有高检测灵敏度所需的频率调制方法。该方法是通过测量力检测器的谐振频率的变化来控制探针和样品之间距离的方法。使用这些方法，我们通过测量探针偶极子与样品（金纳米结构）之间的相互作用来成功观察到了光诱导的现象。这表明可以高精度观察到光引起的现象。