周波数変調AFMの高感度化および変調赤外光照射による散逸振動エネルギーの解明

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単一/少数有機分子系を機能性デバイスとして利用する分子スケールエレクトロニクス実現に向けては、個々の分子の電子状態や結合状態を高感度に測定することが必要不可欠となる。赤外光による分子振動励起を検出する顕微分光は非常に有効な手法である。しかしながら、これらの手法は光を照射し、その反応を観察するという特徴から、原理的な空間分解能の限界(～100nm)が存在する。そこで本研究では、従来の電子状態分光や顕微分光の空間分解能の限界を超えて、単一分子/少数分子系の電子状態/結合状態を解析することを可能とする「光照射走査プローブ物性評価法」を新たに開発することを目的とした。本研究においてグラファイト(HOPG)基板上にpolydimethylsiloxane(PDMS)をスピンコートした試料を作製し、強度変調した量子カスケードレーザー(QCL)(中心波長:1050cm-1)からの赤外光を強度変調してカンチレバー探針直下へ照射し、カンチレバーの変調周波数成分の振動振幅位相をロックインアンプで検出した。QCLの強度変調周波数はカンチレバーの1次共振周波数(68kHz)近傍とし、FM-AFMの探針-試料間距離制御にはカンチレバーの2次共振モードを用いた。照射赤外光の強度変調周波数をそれぞれ69kHzおよび65kHzとした場合の変調周波数におけるカンチレバーの振動振幅を検出したところ、PDMS上とHOPG上では赤外光照射によるカンチレバーの振動振幅に明確な差異があることがわかった。さらに、HOPGとPDMSの境界を詳しく観察することで、数10nm程度の空間分解能でPDMSとHOPGを識別可能であることを示した。