フェムト秒光電導性AFMで探るナノチューブの単一分子光物性

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電導性原子間力顕微鏡とフェムト秒光パルスを利用して、カーボンナノチューブの光物性をナノメートルの時間分解能、フェムト秒の時間分解能で計測するフェムト秒2光子電導性原子間力顕微鏡装置を開発することを目的とした。開発した装置は、試料の局所的な電流をナノメートルの分解能で検出する電導性原子間力顕微鏡、光を照射するチタンサファイアレーザーから構成される。装置の性能を確認するため、試料として透明電極に真空蒸着したフタロシアニン薄膜を形成させ、光応答性を計測した。プリズム上に配置した試料に全反射の角度で波長400nm、時間幅110フェムト秒の二つの光パルスを導入した。白金コートしたカンチレバーを試料に接触させ局所的な電流を検出した。2つのフェムト秒パルスに時間遅延をかけ、遅延時間に対して電流の応答を観測した。電流の時間応答は、同軸光照射による干渉パターンが得られ、65フェムト秒の寿命で減衰した。400nmの一つ目の光パルスにより生成する励起子が位相緩和し、この寿命中に二つ目の光パルスによりイオン化された光電流を検出しているものと考えられる。以上から、開発した装置が具体的に動作することを確認し、ナノメートルの空間分解能、且つフェムト秒の時間分解能で有機材料の位相緩和時間を計測できることを明らかにした。今後開発した装置により、ナノチューブの単一分子光物性のについての詳細が明らかにされるものと期待される。