熱ゆらぎ高速AFMによる構造物性可視化技術の開発

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本研究課題では、原子間力顕微鏡（AFM）の測定に用いるカンチレバーの熱揺らぎを利用してナノ構造物性を可視化する測定法を開発する。カンチレバーの熱揺らぎには弾性エネルギーと運動エネルギーに相当する信号が含まれており、これらを利用することによりカンチレバーの熱力学パラメーターを評価し、試料の表面物性を解析する。昨年度は、カンチレバーの先端に取り付けられた探針が試料表面と相互作用する際に、カンチレバー熱揺らぎのたわみ信号と速度信号がそれぞれどのような変化を示すか評価を行い、試料の物性に応じて熱揺らぎ信号に差が生じることを明らかにした。また、熱揺らぎ速度信号に含まれるノイズが測定精度を下げていることを明らかにした。今年度は、はじめに、熱揺らぎ速度信号のさらなる低ノイズ化に取り組んだ。そのために、速度信号測定回路の構成を見直し、速度信号のシグナルノイズ比の向上を行った。標準試料としてDPPCとDOPCで構成される平面脂質膜を測定し、AFM測定において表面構造画像と同時に得られる運動エネルギー画像のコントラストが大幅に向上していることを確認した。つぎに、探針と試料との距離を変化させながらカンチレバーの信号を計測するフォースカーブ測定において、たわみ信号と速度信号を同時に取得できるようにAFM装置の改変を行った。本測定においては、高いサンプリングレートでデータを取得し、また、データを解析するプログラムを新しく構築することにより、探針と試料との間の距離に対するカンチレバー信号のスペクトルの変化を解析することが可能になった。これにより、試料の表面物性に応じたカンチレバーの熱揺らぎ変化を詳細に評価できると考えられる。