周波数変調方式AFMを用いた光誘起相互作用力計測に基づく近接場光検出

基于调频 AFM 的光诱导相互作用力测量的近场光学检测

• 批准号: 18760030
• 负责人: 佐藤 宣夫
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18760030/
• 关键词: 近接場光学; プローブ顕微鏡; 周波数変調方式; 散逸エネルギー計測; 光誘起相互作用; 表面・界面物性; ノイズ解析; ナノスケール評価; 近接場光; 光誘起相互作用力; 散逸力; 周波数変調; 圧電カンチレバー; 表面物性; 微小変位検出

近接場光によって生じる種々の光誘起相互作用力を散逸力変調によって検出することで「顕微鏡装置」としても、また「計測手法」としても、全く新しい高感度・高分解能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)を実現・構築するべく、高感度な力検出が可能な周波数変調(FM)検出制御法を採用し、さらにDFMにおける2種類(光てこ法、自己検出法)の微小変位検出を用いた新たなDFM/SNOM装置を開発した。そのほか本研究装置のノイズ解析、光誘起相互作用力の定量化および計算機シミュレーションによる理論解析も合わせて行った。一連の研究により、周波数変調方式AFMを用いた光誘起相互作用力計測に基づく近接場光検出手法を実現し、確立した。具体的な本研究成果としてDFM/SNOMにより高感度・高分解能な光学像を安定に得るために、顕微鏡システムが有するノイズ要因を十分に解析し、本装置の最小変位検出感度を、原子・分子分解能を有するAFMの検出感度である20fm/√Hz程度を達成し、本研究装置で分子結晶の分子分解能像が観察できた。またFM検出器の周波数帯域特性が10kHz程度まで拡張され、短時間かつ高感度な相互作用力計測が可能となった。さらに2種類のプローブによる相補的かつ精密な、近接場光検出の距離依存性測定を行ったことで、近接場光が探針に働く力へと変換されるメカニズムとして光放射圧、光誘起静電気力、光熱応力などの複合的な要因があることが確認されるに至った。

Born nearly meet light に よ っ て じ る kind 々 の light induced forces を dissipative force - adjustable に よ っ て 検 out す る こ と で "顕 micromirror device" と し て も, ま た "measuring technique" と し て も, whole new し く い Gao Gan degrees, high decomposition can ダ イ ナ ミ ッ ク モ ー ド interatomic force 顕 micro mirror/nearly by optical 顕 micro mirror (DFM/SNOM) を be now, build す る 検 out が べ く, Gao Gan な force may な cycle for - adjustable (FM) 検 を suppression method using し, さ ら に DFM に お け る 2 species (light て こ method, oneself 検) の tiny - a 検 out を with い た new た な DFM/SNOM device を 発 し た. そ の ほ か this study device の ノ イ ズ parsing, light induced forces の quantitative お よ び computer シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ る theory analytical も close わ せ て line っ た. A series of consecutive studies were conducted on によ によ, the frequency modulation mode AFMを, and the <s:1> た light-induced interaction force meter was used to measure the 検 output method of the に base づく near the field light を, which was realized and confirmed as た. Specific な this research と し て DFM/SNOM に よ り Gao Gan degrees, high decomposition can な optical like を stability に る た め に, 顕 micromirror シ ス テ ム が have す る ノ イ ズ by を very に parsing し, this device の minimum - a を 検 out sensitivity and atoms, molecules can have す を る AFM の 検 out sensitivity で あ る を reach し 20 Hz FM /) degree In this study, the apparatus for で molecular crystallization and <s:1> molecular decomposition can be observed as が観, で た た. Youdaoplaceholder0 FM検 output the frequency band characteristics of the current wave number が10kHz degree まで拡 zhang され, short-term <s:1> <s:1> high-sensitivity な interaction force meter measurement が possible となった. さ ら に 2 kinds の プ ロ ー ブ に よ る phase of か つ precision な, near field optical 検 の distance dependence determination を row っ た こ と で, near field optical が probe に 働 く force へ と variations in さ れ る メ カ ニ ズ ム と し て radiation 圧, light induced electrostatic 気, sunlight 応 forces な ど の compound in な が あ る こ と が confirm さ れ る に to っ た.

项目成果

Development of multi-probe AFM with optical beam deflection method

光束偏转法多探针原子力显微镜的研制

• 发表时间: 2007
• 作者: E. Tsunemi;N. Satoh;K. Kobayashi;K. Matsushige and H. Yamada
• 通讯作者: K. Matsushige and H. Yamada

可視光入射によるFM-DFM/KFMを用いた有機分子薄膜の表面電位計測

使用可见光入射的 FM-DFM/KFM 测量有机分子薄膜的表面电位

• 发表时间: 2007
• 作者: 佐藤宣夫;山木理生;香取重尊;小林 圭;藤田静雄;松重和美;山田啓文
• 通讯作者: 山田啓文

Multi-Probe Atomic Force Microscopy Using Piezoelectric Cantilevers

• DOI: 10.1143/jjap.46.5543
• 发表时间: 2007-08
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: N. Satoh;E. Tsunemi;Y. Miyato;K. Kobayashi;S. Watanabe;T. Fujii;K. Matsushige;Hirofumi Yamada

Local Surface Potential Measurements on Oligothiophene Molecular Films between Metallic Electrodes by Kelvin Probe Force Microscopy

用开尔文探针力显微镜测量金属电极间低聚噻吩分子膜的局部表面电位

• 发表时间: 2007
• 作者: Y. Onoyama;K. Kobayashi;N. Satoh;K. Matsushige and H. Yamada
• 通讯作者: K. Matsushige and H. Yamada

Surface potentials of PCBM molecular films under light irradiation investigated by FM-DFM/KFM

FM-DFM/KFM 研究光照射下 PCBM 分子薄膜的表面电势

• 发表时间: 2007
• 作者: M. Yamaki;N. Satoh;S. Katori;K. Kobayashi;K. Matsushige and H. Yamada
• 通讯作者: K. Matsushige and H. Yamada