ナノスケール探針のシャドー効果による光・電子照射測定の空間分解能向上の試み

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本研究の目的は、走査型プローブ顕微鏡(Scanning Probe Microscope:SPM)の機構を用いて、光や電子線照射領域を絞り込む単純で新しい方法の可能性を調べることである.検討した手法は、広領域に光または電子が照射された試料表面に原子スケールで鋭いSPM探針を接近させ、そこに作られる光や電子線の影(シャドー)を利用する方法である.探針が光・電子照射されている試料に接近すると、回折効果を無視すれば、光・電子照射領域には影ができ、影の部分は光や電子線が照射されなくなる.その信号変化を利用して、ナノスケールの構造解析をめざした.本年度は、この手法の応用の一例として、高電界を探針に印加したときにその先端から放射される電子を銅のグリッドに照射し、その電子がグリッドで散乱されるときにできる影(シャドー)を、グリッド後方に設置した蛍光スクリーンに拡大投影する顕微鏡法を実践した.この手法では、グリッドを探針先端に接近させればさせるほど、グリッドと探針間の距離は近くなり、スクリーン上に映し出されるグリッドのシャドーは大きくなる.拡大率は1000倍を遙かにしのぐ.また、その距離が減少するにつれて、探針表面近傍の電界は高くなり電子放射強度が向上し、コントラストの強い像が得られる.この顕微鏡法で、SPMの一つである原子間力顕微鏡(AFM)用のカンチレバー上に形成された探針を用いて、グリッドのシャドーを観察した.通常のAFMカンチレバー探針は、走査型トンネル顕微鏡の探針と比べ複雑な構造をもち、その探針先端部に電界を集中させ、そこから電子を放出させることは難しい.グリッドを接近させて引出し電極として働かせることにより、この困難を除去した.電子の放射パターンは探針先端の形状や電子状態に敏感である.シャドーを観察しながら探針を通電加熱することにより、AFM探針の先鋭化とその評価ができる可能性が開けた.