円偏光磁気力顕微鏡によるキラルなナノ構造体の光と磁気の相互作用の解明

使用圆偏振磁力显微镜阐明手性纳米结构中光与磁之间的相互作用

基本信息

批准号：
20J00160
负责人：
山西絢介
金额：
$ 3.33万
依托单位：
Institute for Molecular Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J00160/
关键词：
円偏光磁気力顕微鏡光誘起力顕微鏡逆ファラデー効果

项目摘要

本研究の目的は、ナノ構造体に円偏光の光を照射することで生じる磁場を磁性探針に働く力として観測することで、光と磁気の関係をナノスケールで明らかにすることである。そのために、様々な光を導入できる原子間力顕微鏡の開発を行った。初めに、探針と試料の熱膨張の問題を解決する測定手法であるヘテロダインFM法を実現する変調系および測定系の開発に成功した。また、特に信号検出系の改良に注力した。具体的に行った信号検出系の改良は、力検出器の変位を測定する光検出器、ＩＶ変換器、演算回路などの検出系である。その結果、４ＭＨｚ程度の広い帯域を持ち、従来の３分の１の測定ノイズである信号検出系を実現した。これによって、より高感度に磁気力を可視化し、探針と試料の熱膨張の問題をより高精度に取り除くことができる。開発した円偏光磁気力顕微鏡を用いて、金ナノ構造体に円偏光を照射して生じる磁場の観測を試みた。実際に観測されたのは探針-試料間の電気双極子間の相互作用力であり、磁気双極子間の力を観測することはできなかった。また、より強い磁場勾配を生み出す金ナノ微粒子を試料としての測定も試みたが、信号が検出されるほどの強い光強度では、微粒子が発熱によって溶けてしまい、強い磁場勾配を維持することができなかった。今後は、発熱に強く、強い磁場勾配を維持することができるシリカコートされた金ナノ微粒子に対して観測を行う。また、探針も通常の探針より厚く磁気コートされたものを用いることで、磁場観測の検出感度を上げることを試みる。

本研究的目的是通过观察用圆偏振光照射纳米结构所产生的磁场作为作用在磁探针上的力，以阐明纳米尺度上的光与磁之间的关系。为此，我们开发了一种可以引入各种类型光的原子力显微镜。首先，我们成功开发了实现外差调频方法的调制系统和测量系统，外差调频方法是解决探头和样品之间热膨胀问题的测量方法。我们还重点改进了信号检测系统。信号检测系统的具体改进包括测量力检测器位移的光电探测器、IV转换器和运算电路。结果，实现了具有约4MHz的宽带和传统系统的三分之一的测量噪声的信号检测系统。这使得能够以更高的灵敏度可视化磁力，并以更高的精度消除探头和样品之间的热膨胀问题。使用开发的圆偏振磁力显微镜，我们尝试观察用圆偏振光照射金纳米结构所产生的磁场。实际观察到的是针尖与样品之间的电偶极子之间的相互作用力，而无法观察到磁偶极子之间的力。我们还尝试使用金纳米颗粒作为样品进行测量，它会产生更强的磁场梯度，但在足以检测信号的光强度下，颗粒会因发热而熔化，从而无法维持强磁场梯度。没有。未来，我们将对耐发热、能维持强磁场梯度的二氧化硅包覆金纳米粒子进行观察。此外，通过使用比普通探头更厚的磁性涂层的探头，我们将尝试提高磁场观测的检测灵敏度。