レーザー冷却による非接触原子間力顕微鏡の熱揺らぎノイズの改善と超高感度化

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1.フィードバック冷却を用いたカンチレバーの熱励振の低減フィードバック冷却を用いてカンチレバーの1次共振モードに擬似的なdampingをおこし、熱励振を低減させた。さらに、2次共振モードとの間のカップリングを検証した。カンチレバーの1次共振モードのみにdampingを行うためには、2次共振モードの共振周波数においてカンチレバーに影響を及ぼさないフィードバック系を構成する必要がある。予備実験を行うことにより、従来のフィードバック冷却の手法では、2次共振モードが発振することがあることが判明した。そこで、カンチレバーの運動方程式および回路の伝達関数を用いてシミュレーションを行い、各種フィルタを組み込む、微分回路の構成を適正化するなどして、2次共振モードに影響しないフィードバック系を作成した。フィードバック内のゲインを調整することによって、1次共振モードの熱振動スペクトルがフロアノイズレベル近くまで減少することに成功した。この時、2次共振モードの熱振動スペクトルを同時に観察し、ゲインによる変化がないことを確認したS。これにより、1次共振モードと2次共振モードとの間にカップリングが存在しないことを証明することができた。2.変位検出計の高感度化に関する検討変位検出計の感度を向上させるには、カンチレバーとファイバー間のキャビティだけでなく、光検出系の最適化を行う必要がある。昨年度は、変位検出用レーザーおよびアンプを改良し、30fm/(Hz)^0.5の感度でカンチレバーの変位を検出できることが可能となった。今年度は、光ファイバー端面に金コートを蒸着することで、さらに変位検出系の改良をおこない、15fm/(Hz)^0.5を達成した。