円偏光磁気力顕微鏡によるキラルなナノ構造体の光と磁気の相互作用の解明

使用圆偏振磁力显微镜阐明手性纳米结构中光与磁之间的相互作用

• 批准号: 20J00160
• 负责人: 山西 絢介
• 金额: $ 3.33万
• 依托单位: Institute for Molecular Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J00160/
• 关键词: 円偏光; 磁気力顕微鏡; 光誘起力顕微鏡; 逆ファラデー効果

本研究の目的は、ナノ構造体に円偏光の光を照射することで生じる磁場を磁性探針に働く力として観測することで、光と磁気の関係をナノスケールで明らかにすることである。そのために、様々な光を導入できる原子間力顕微鏡の開発を行った。初めに、探針と試料の熱膨張の問題を解決する測定手法であるヘテロダインFM法を実現する変調系および測定系の開発に成功した。また、特に信号検出系の改良に注力した。具体的に行った信号検出系の改良は、力検出器の変位を測定する光検出器、ＩＶ変換器、演算回路などの検出系である。その結果、４ＭＨｚ程度の広い帯域を持ち、従来の３分の１の測定ノイズである信号検出系を実現した。これによって、より高感度に磁気力を可視化し、探針と試料の熱膨張の問題をより高精度に取り除くことができる。開発した円偏光磁気力顕微鏡を用いて、金ナノ構造体に円偏光を照射して生じる磁場の観測を試みた。実際に観測されたのは探針-試料間の電気双極子間の相互作用力であり、磁気双極子間の力を観測することはできなかった。また、より強い磁場勾配を生み出す金ナノ微粒子を試料としての測定も試みたが、信号が検出されるほどの強い光強度では、微粒子が発熱によって溶けてしまい、強い磁場勾配を維持することができなかった。今後は、発熱に強く、強い磁場勾配を維持することができるシリカコートされた金ナノ微粒子に対して観測を行う。また、探針も通常の探針より厚く磁気コートされたものを用いることで、磁場観測の検出感度を上げることを試みる。

The purpose of this study is to investigate the relationship between polarized light and magnetic field in the structure. The development of atomic force microscope is carried out by introducing light into the crystal. To solve the problem of thermal expansion of the initial probe and sample, the FM method was successfully developed. Improved Attention to Signal Detection System The improvement of signal detection system in detail includes optical detector, IV converter, calculation circuit and detection system. The results show that the signal detection system is implemented in the 4MHz band. The high sensitivity of magnetic force visualization, probe and thermal expansion of samples are the most important problems in high precision detection. We have developed a polarized magnetic force microscope to test the observation of the magnetic field generated by polarized light irradiation on a gold structure. In practice, the interaction force between the electric dipole and the magnetic dipole between the probe and the sample is measured. The intensity of light emitted from the sample and the signal detected by the detector are high, and the heat emitted from the particles is high. In the future, the strong magnetic field and strong magnetic field will be maintained, and the metal particles will be detected. In addition, the usual probe tip with a thick magnetic tube can be used instead, and the detection sensitivity of magnetic field measurement can be improved.