プローブを用いないニアフィールド顕微鏡の開発とその高速現象観察への応用

本研究では、これまでのニアフィールド顕微鏡の発想を根本から転換し、プローブを用いずに、光の場を物質の形状、密度分布など、他の物理量に変換して検出する、新しいニアフィールド顕微鏡の原理を考案するとともに、実際に装置を試作し、高速現象の観察に応用することを目的として研究を進めてきた。本年度は、感光材料にウレタン-ウレア共重合体を用いると、光強度に線形に凹凸分布が形成されることを発見した。ウレタンーウレア共重合体に干渉縞し、表面形状を原子間力顕微鏡で観察すると、正弦波状に変調されることを発見した。この材料を用いることにより、試料近傍に存在する光の強度分布を薄膜表面の凹凸分布に変換できることを確認した。微小球を試料として用いて、基礎実験を行なった。直径500nmの微小球を自己組織化現象を用いて、ウレタン-ウレア基板上に六法細密状に並べ、レーザー光を照射した後、水洗により微小球を基板から取り除いた。ウレタンーウレア薄膜表面を原子間力顕微鏡で観察した。その結果、光の照射によって形成されたビットを観察することができた。このビットも六法細密状に形成されていることから、このピットが光照射よって微小球のレンズ効果によって光強度分布の大きな領域が形成されたことによるものであることが確認できた。直径50nmの微小球による光強度分布も観察することに成功し、提案した顕微鏡が数十ナノメートル以下の分解能を有することを確認できた。

本研究では、これまでのニアフィールド顕微鏡の発想を根本から転換し、プローブを用いずに、光の場を物質の形状、密度分布など、他の物理量に変換して検出する、新しいニアフィールド顕微鏡の原理を考案するとともに、実際に装置を試作し、高速現象の観察に応用することを目的として研究を進めてきた。本年度は、感光材料にウレタン-ウレア共重合体を用いると、光強度に線形に凹凸分布が形成されることを発見した。ウレタンーウレア共重合体に干渉縞し、表面形状を原子間力顕微鏡で観察すると、正弦波状に変調されることを発見した。この材料を用いることにより、試料近傍に存在する光の強度分布を薄膜表面の凹凸分布に変換できることを確認した。微小球を試料として用いて、基礎実験を行なった。直径500nmの微小球を自己組織化現象を用いて、ウレタン-ウレア基板上に六法細密状に並べ、レーザー光を照射した後、水洗により微小球を基板から取り除いた。ウレタンーウレア薄膜表面を原子間力顕微鏡で観察した。その結果、光の照射によって形成されたビットを観察することができた。このビットも六法細密状に形成されていることから、このピットが光照射よって微小球のレンズ効果によって光強度分布の大きな領域が形成されたことによるものであることが確認できた。直径50nmの微小球による光強度分布も観察することに成功し、提案した顕微鏡が数十ナノメートル以下の分解能を有することを確認できた。