FM検出型AFMに基づく超精密プローブ制御による光誘起相互作用力計測

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ナノテクノロジーの基幹技術である走査プローブ技術(SPM)は、さらなる高性能化・多機能化が求められ、その中でもダイナミックモード原子間力顕微鏡/近接場光学顕微鏡(DFM/SNOM)は、高感度な力検出が可能な周波数変調(FM)検出制御法により、様々なナノプローブ機能計測へ応用されている。特にFM検出制御方式のDFM(FM-DFM)は、探針-試料間に働く相互作用力を、カンチレバーの共振周波数シフトを引き起こす保存力と、振幅変化を引き起こす散逸力とに区別して検出でき、さらに真空圧力環境下などのカンチレバー振動のQ値が高い場合、散逸力は保存力以上に敏感に表面相互作用力として反映することが知られており、本研究でもこれを応用する。特に一般的なSNOMにおいては光伝搬・集光損失、不用散乱光の干渉などの問題から、プローブからの散乱光検出の感度向上には限界があるため、光学的な原子・分子分解能を達成するため、高感度な力検出が可能な散逸力変調技術および超精密プローブ制御技術を用いて、近接場光を光誘起相互作用力として計測するといった、独自のDFM/SNOM装置の開発を目的とする。簡易真空圧力下対応のFM-DFM装置を用いた光誘起相互作用力を高感度に計測するための散逸力変調技術のほかに、超精密プローブ制御としてのトラッキング技術および探針-試料間距離変調技術を測定系に導入し構築した。またガラスにITO(透明)電極をスパッタ堆積させた基板上に金属ナノ粒子(金)を分散させることで、ナノ構造体(光-分子強結合反応場)を実現し、本研究開発装置にて計測・観察を行った。既に光電場増強効果が確認されているが、本研究装置では、この光電場増強効果を探針の開口径に依らない高感度な力検出を試みるものであり、超精密プローブ制御技術により、ナノ構造体が実現する光-分子強結合反応場の可視化を行った。