分子スケール物性評価に向けた多探針原子間力顕微鏡の開発

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原子間力顕微鏡(AFM)は、高分解能な表面形状観察だけでなく、ナノ材料の力学特性,電気特性,磁性,圧電性などの物性計測,微細加工,マニピュレーションなど、多様な用途に応用されている。また、動作環境を選ばないことも重要な長所であり、真空下での清浄表面構造観察、さまざまなガス中での物性計測、液中での生体試料の構造・機能計測など、多方面で活用されている。しかしながら、用いる探針が1つであるという点が制限となり、面内方向の導電性や局所刺激印加に対する応答の面内相関などを調べるためには、微小電極の作製や他の計測手法との併用が求められる。こうした背景では、ナノ材料を対象とした多角的な計測を実現しうる計測装置として2探針AFM(Dual-Probe AFM : DP-AFM)が有効であり、本研究では「ナノスケールの計測、評価へ向けたDP-AFMシステムの開発」を目的とした。これまで独立駆動可能な2本の探針を有するDP-AFMを開発してきたが、このDP-AFMの光てこ探針変位検出系ではカンチレバー背面に斜め上方向からレーザ光を照射する配置をとっており、高倍率の光学顕微鏡との複合が可能である一方、3次元的に複雑な光学配置であるため、真空下や液中観察への応用が難しかった。本年度は特に真空や液中環境での動作が可能なシステムの開発に取り組んだ。一般的なAFMと同様に、直上からレーザ光を照射する直上入射光てこ法を採用したDP-AFMを開発した。2つのビームスプリッタを用い、カンチレバーおよび試料観察用の対物レンズがレーザの集光レンズを兼ねることで、2つのカンチレバーに対して直上からのレーザ光照射を可能とした。それと同時に光学系と観察ユニットを空間的に分離し、試料部を大気中のみならず真空下もしくは液中において観察、測定が可能となった。今後、真空下におけるナノ構造の電気計測や、液中での生体試料に対する刺激-応答計測などへの応用が期待できる。