超伝導センサーを用いたパッシブ型テラヘルツ光ナノスコピーの開発

使用超导传感器开发被动太赫兹光学纳米镜

基本信息

批准号：
21H01340
负责人：
有吉誠一郎
金额：
$ 11.23万
依托单位：
Toyohashi University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、高分子や生体材料などのソフトマテリアルの基礎物性分野に新たな分析手法を提案し確立すべく、テラヘルツ帯で動作する近接場顕微鏡技術（テラヘルツ光ナノスコピー）を創出することにある。具体的には、鋭く尖った金属探針を試料表面に近づけ、その局所から自然放出されたテラヘルツ光をフーリエ変換分光器で変調し、高感度の超伝導センサー（力学インダクタンス検出器、MKID）アレイで検出するシステムの構築を目指している。２年目は、前年度に構築した個々のハードウェアとソフトウェアを組み合わせた動作試験を行った。また、分担者の廣芝は本テーマに適した測定試料の最適化を行った。具体的なアクションアイテムは以下の２点である。(D) システムの組合せ試験まず「検出器部⇔ソフトウェア」の組合せ試験を行い、前年度から継続中の MKID 開発に加え、読出し系のシステムフローの予期せぬバグや問題点を洗い出した。次に「検出器部⇔分光器部」の組合せにより、MKID の光学特性（検出能や応答速度、周波数スペクトル等）を調査した。そして「検出器部⇔顕微鏡部」では、室温の試料表面からの局所的な近接場を確実に捉える手法を検討した。(E) 測定試料の最適化昨年度は、異なる分子量をもつポリスチレン‐メタクリル酸ブロック共重合体（PS-b-PMMA）の200、100、50 nm 程度のミクロ層分離構造を作製したサンプルを、テラヘルツ光観測に応じた最適化を行った。横方向の2次元的な解像度に加え、分光特性観測に必要なサンプルの厚みを同定した。また、通常の透過型テラヘルツ分光で PS のスペクトルが観測できる限界厚みを算出した。

这项研究的目的是创建在太赫兹波段运行的近场显微镜技术（太赫兹光学纳米镜），以便在聚合物和生物材料等软材料的基本物理性质领域提出和建立新的分析方法。。具体来说，将锋利的金属探针靠近样品表面，并使用傅里叶变换光谱仪调制局部发射的太赫兹光，以创建高灵敏度的超导传感器（机械电感探测器，MKID）阵列。检测到第二年，我们结合前一年构建的各个硬件和软件进行了操作测试。此外，合著者Hiroshiba还优化了适合该主题的测量样本。具体行动项目有以下两点。 (D) 系统组合测试首先，除了从去年开始进行的MKID开发之外，我们还进行了“探测器部分和软件”的组合测试，以找出读出系统流程中意外的错误和问题。接下来，我们通过结合探测器部分和光谱仪部分来研究MKID的光学特性（可探测性、响应速度、频谱等）。在“探测器部分⇔显微镜部分”中，我们研究了一种在室温下可靠地捕获样品表面局部近场的方法。 (E) 测量样品的优化去年，我们制作了具有约200、100和50 nm的微层分离结构的不同分子量的聚苯乙烯-甲基丙烯酸嵌段共聚物(PS-b-PMMA)的样品，并根据该结果进行了优化。光学观察。除了横向的二维分辨率之外，我们还确定了观察光谱特性所需的样品厚度。我们还计算了使用法向透射太赫兹光谱可以观察到 PS 光谱的临界厚度。