プローブ顕微鏡用高速アクチュエータの開発

探针显微镜用高速执行器的开发

• 批准号: 19016016
• 负责人: 菅原 康弘
• 金额: $ 4.86万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19016016/
• 关键词: アクチュエータ; 走査型プローブ顕微鏡; 圧電体; 制御工学; Q値制御; 共振現象; 逆伝達関数補償; フィードバック; 走査型プロプブ顕微鏡; Q 値制御

溶液中で機能している個々のモータータンパク質分子の時々刻々と変化する微細動態を高速に撮像できる原子間力顕微鏡(AFM)の開発が求められている。原子間力顕微鏡の撮像レートを大幅に向上させるためには、機械的要素であるスキャナーの性能向上が最も重要な課題である。スキャナーの構成要素として圧電体が用いられているが、圧電体自身の共振により、圧電体の応答速度が大幅に低下するため、これまで十分な性能を有する高速スキャナーは開発されていない。そこで、共振を軽減できる高速スキャナーを新たに設計・製作し、このスキャナーが超精密な位置決め精度で超高速に動作することを実証することを目的とした。具体的に行った研究課題は以下のようになっている。1. 高性能な高速スキャナーの設計・製作前年度に試作したプローブ顕微鏡用高速スキャナーの特性評価結果と今後の改善方法の指針を元に、スキャナーの構造自体に起因する共振と圧電体自身が持つ共振を軽減できる高速スキャナーを新たに設計・製作する。2. 超精密な位置決め精度で超高速に動作するスキャナーの実現アクティブダンピング法や逆伝達関数補償法、変位フィードバック法のためのパラメータを最適化し、300kHzの帯域幅で超高速に駆動できるスキャナーを実現した。3. 高速撮像の実証高速スキャナーを現有の高速原子間力顕微鏡に組み込み、高速撮像できることを実証した。

Solution で function し て い る a 々 の モ ー タ ー タ ン パ ク qualitative molecular の carved 々 々 at と variations change す る micro dynamic を high-speed に pinch of like で き る interatomic force 顕 micro mirror (AFM) の open 発 が o め ら れ て い る. Interatomic force 顕 の pinch of micro mirror like レ ー ト を に sharply upward さ せ る た め に は, mechanical elements で あ る ス キ ャ ナ ー の performance up が も most important topic な で あ る. ス キ ャ ナ ー の components と し て 圧 electricity body が with い ら れ て い る が, 圧 electric body itself の resonance に よ り, 圧 electric の 応 a low speed が に substantially す る た め, こ れ ま で very な を performance of す る high-speed ス キ ャ ナ ー は open 発 さ れ て い な い. そ こ で, resonance を 軽 minus で き る high-speed ス キ ャ ナ ー を new た に design, production of し, こ の ス キ ャ ナ ー が ultra-precision な position definitely め で ultra-high speed precision に action す る こ と を card be す る こ と を purpose と し た. The specific に line った research topic った is as follows: に ようになって る る. 1. High-performance な high-speed ス キ ャ ナ ー の design before the production, the annual に attempt し た プ ロ ー ブ 顕 micro mirror with high-speed ス キ ャ ナ ー の characteristics evaluation results 価 と の improvement method in future の pointer を yuan に, ス キ ャ ナ ー の tectonic autologous に cause す る resonance と 圧 electricity body itself が hold つ resonance を 軽 minus で き る high-speed ス キ ャ ナ ー を new た に design, production of す る. 2. Definitely め ultra-precision な position accuracy で super-fast に す る ス キ ャ ナ ー の be presently ア ク テ ィ ブ ダ ン ピ ン や inverse 伝 グ method of masato compensation method, - a フ ィ ー ド バ ッ ク method の た め の パ ラ メ ー タ を optimization し, 300 KHZ の 帯 domain amplitude で ultra-high-speed に 駆 dynamic で き る ス キ ャ ナ ー を be presently し た. 3. The pinch of like の card be high-speed ス キ ャ ナ ー を の existing high-speed interatomic force 顕 micromirror に group み 込 み, high-speed pinch of like で き る こ と を card be し た.

项目成果

Theoretical investigation on force sensitivity in Q-controlled phase modulation atomic force microscopy in constant-amplitude mode

恒幅模式调Q相位调制原子力显微镜力灵敏度的理论研究

• DOI: 10.1063/1.2890380
• 发表时间: 2008
• 期刊: J. Appl. Phys.
• 作者: N. Kobayashi;Y. J. Li;Y. Naitoh;M. Kageshima and Y. Sugawara
• 通讯作者: M. Kageshima and Y. Sugawara

ナノテクのための物理入門

纳米技术物理学导论

• 发表时间: 2007
• 作者: D. Kosumi;et al.;S. Katsumoto;R.Fujii;S. Katsumoto;M.Sugisaki;S. Katsumoto;S. Katsumoto;K.Miyamoto;S. Katsumoto;M.Sugisaki;末元徹・勝本信吾 他;M.Sugisaki;勝本信吾・長谷川修司 他
• 通讯作者: 勝本信吾・長谷川修司 他

Local Potential Mapping Using Surface Photovoltage in Liquid

使用液体中的表面光电压进行局部电势绘图

• 发表时间: 2008
• 作者: N. Kobayashi;et.al.
• 通讯作者: et.al.

High-Speed Phase-Modulation Atomic Force Microscopy in Constant-Amplitude Mode Capable of Simultaneous Measurement of Topography and Energy Dissipation

• DOI: 10.1143/jjap.47.6121
• 发表时间: 2008-07
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: Y. Li;N. Kobayashi;H. Nomura;Y. Naitoh;M. Kageshima;Y. Sugawara

Development of Multi-functional High-speed Phase Modulation AFM in Liquids

液体中多功能高速相位调制原子力显微镜的研制

• 发表时间: 2008
• 作者: Y. J Li;et.al.
• 通讯作者: et.al.