静電力による走査型力顕微鏡の力制御

利用静电力的扫描力显微镜的力控制

• 批准号: 09875018
• 负责人: 川勝 英樹
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 1998
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1998 至 1999
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09875018/
• 关键词: STM; AFM; 制御; カンチレバー; 振動子; ナノカンチレバー; SFM; 磁歪

本研究では、走査型力顕微鏡における、静電力による力制御の実現を目的としている.本研究で実施した内容を以下に列挙する.(i) 平板コンデンサ型静電アクチュエータのシミュレーション、(ii) 櫛形電極型静電アクチュエータのシミュレーション、(iii) 比例微分系制御系のシミュレーション(iv) 櫛形電極式プローブの設計(v) ナノメートルオーダの機械振動子の設計(vi) ナノメートルオーダの機械振動子の作製(vji) 探針をナノメートルオーダの弾性体で支持した機構の実現(viii) 実現したプローブ、カンチレバーの静・動特性評価上記サブテーマの(i)から(iv)で、新規に構想に基づく力制御を実現するためのカンチレバーや振動子の実現を念頭に置いて、機構の設計とシミュレーションを行った.次に、若干の作成例に対し、計測系を実現し、その性能評価を行った.シミュレーションの結果、櫛形電極型の方が、電極同士のスナップイン問題がないため、実際に制御系を組んだ場合、制御が不安定になった場合の安定度が高いこと、アクチュエータの線形近似がよりし易いことを明らかにした.一方、力検出素子であるカンチレバーを小型化することによる、力分解能、力制御帯域の向上、等の利点をふまえて、カンチレバーの小型化の研究を行った.その結果、数100ナノメートルオーダの力検出素子の実現に成功した.現在、探針をナノメートルオーダの弾性体で支持した、力検出素子、振動子、力制御素子を実現している.

本研究的目的是在扫描力显微镜中利用静电力实现力控制。本研究进行的内容如下：（i）扁平电容器型静电致动器的仿真，（ii）梳状静电致动器的仿真(iii) 比例微分控制系统仿真 (iv) 梳状电极型探针设计 (v) 纳米级机械振荡器设计 (vi)纳米级机械振荡器的制作（vji） 实现由纳米级弹性体支撑探针的机构（viii）已实现的探针和悬臂的静态和动态特性评估在上面的子主题（i）至（iv）中，我们研究了该机制，同时考虑了悬臂和振动器的实现，以实现基于新概念的力控制设计和。模拟接下来，我们实现了一些示例的测量系统并评估了其性能。模拟的结果是，梳状电极类型在实践中更好，因为如果组装控制系统，电极之间不存在咬合问题。 ，控制可能会变得不稳定。据透露，考虑到优点，稳定性高，我们对探针的小型化进行了研究。结果，我们成功实现了数百纳米量级的力检测元件。目前我们正在开发力检测元件、振动器和力控制元件。

项目成果

Hideki Kawakatsu,et al.: "Two-dimensional positioning of the scanning tunneling microscope stage using a crystal as a scale reference" in Proceedings of the 6^<th> International Colloq.on STM,Atagawa,1998,Japan. (1998)

Hideki Kawakatsu 等人：“使用晶体作为尺度参考的扫描隧道显微镜载物台的二维定位”，第 6 届国际 STM 学术会议论文集，Atakawa，1998 年，日本。