周波数変調/同期法を利用したナノ力学による原子レベルの顕微鏡/分光法の開拓

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本研究では、周波数変調原子間力顕微鏡（FM-AFM）を基に、赤外光を照射した際の試料表面の分子の分極変化を原子レベルで力学的に高感度検出する赤外分光法（探針振動同期検波赤外分光法(TS-IR)）を開発する。FM-AFMは、カンチレバーをその共振周波数で励振し、探針試料間の相互作用力（保存力）による共振周波数変化から試料の形状像を得、非保存性の相互作用力によって散逸される力学的エネルギーも同時に検出できる。赤外光源としてパルス量子カスケードレーザー（QCL）を選定し、昨年度来、浜松ホトニクス社と打ち合わせ、特別仕様のQCLを購入した。2022年5月に納品されたが、輸送中のトラブルなどにより、設定仕様を満たさなかったため、メーカーに戻し調整を行った。その後も、素子のレーザー出力の減衰、スポット形状の歪み調整などのため、再度メーカーにて再調整を行い、2023年1月に金沢大学に設置して、QCLの発振、集光点でのパワーを確認できた。本研究では、音叉型水晶振動子を基体とし金属探針を形成した力センサーを用いる。タングステン線を、酸化性ガス（水素と酸素の混合ガス）の高温の炎の中に入れるとタングステンの酸化・酸化物の昇華が繰り返され、エッチングされる。この炎エッチング法によりタングステン探針を作製した。エッチングされたタングステン線先端は、ファセット面で囲まれ、軸方向が[110]軸を向いた単結晶になっていることを走査型オージェ分光顕微鏡及び、電子線後方散乱回折法により明らかにした。しかし、タングステン線には酸化膜や、炭素系の汚染物が付着していた。そこで、先鋭化したタングステン線を真空中でレーザー加熱することにより、形状は変えず、表面の汚染物を除去できる条件を見いだした。