ナノ化学マッピング法の開発とその原理解明

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近年のナノ材料開発研究では、新たな高機能性材料の構築のため、ナノレベルでの化学状態を分析しながら、その表面トポグラフィーを観測する要求が高まっている。申請者は、絶縁試料にも適用可能な手法であるNC-AFM(非接触原子間力顕微鏡)にX線分光を組み合わせたナノレベル元素分析の開発を行ってきた。そして、これまでの実証実験から、試料元素のX線吸収端付近においてNC-AFMの探針先端と表面との相互作用に変化が生じる事が見いだされた。しかし、NC-AFMプローブと表面という極局所空間における現象であり、全く新しい物理現象である事から、詳しいメカニズムの考察にはまず実証実験の確度向上が欠かせなかった。NC-AFMの理論的研究では、相互作用には分散力、van der waals力、静電気力などの物理的相互作用力の他、化学結合力も関与していると考えられている。申請者は、相互作用のうち化学結合力がメカニズムに関与していると考えており、本年は昨年に引き続きAFMコントローラの改良を行った。その結果、S/N比の向上に加え、装置安定性の向上、測定時間の短縮を目指した改良を行った。さらに、X線照射に伴う力場変化スペクトルの他、新たにプローブの振動振幅やエネルギー損失測定などの物理量も同時測定が可能となるように重ねて改良した。ビームタイムが限られた放射光実験において、装置安定性が高く、測定時間が短い事は非常に重要である。以上のように新たに測定可能となった物理量の測定データも加え、詳細な検討を行ったところ、この手法の原理が当初の予測したメカニズムだけでなく、表面の局所電場による増強効果やX線定在波共鳴効果にも関与する新たな可能性が見出された。