周波数変調方式AFMを用いた光誘起相互作用力計測に基づく近接場光検出

基于调频 AFM 的光诱导相互作用力测量的近场光学检测

基本信息

批准号：
18760030
负责人：
佐藤宣夫
金额：
$ 2.11万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

近接場光によって生じる種々の光誘起相互作用力を散逸力変調によって検出することで「顕微鏡装置」としても、また「計測手法」としても、全く新しい高感度・高分解能ダイナミックモード原子間力顕微鏡/近接場光学顕微鏡(DFM/SNOM)を実現・構築するべく、高感度な力検出が可能な周波数変調(FM)検出制御法を採用し、さらにDFMにおける2種類(光てこ法、自己検出法)の微小変位検出を用いた新たなDFM/SNOM装置を開発した。そのほか本研究装置のノイズ解析、光誘起相互作用力の定量化および計算機シミュレーションによる理論解析も合わせて行った。一連の研究により、周波数変調方式AFMを用いた光誘起相互作用力計測に基づく近接場光検出手法を実現し、確立した。具体的な本研究成果としてDFM/SNOMにより高感度・高分解能な光学像を安定に得るために、顕微鏡システムが有するノイズ要因を十分に解析し、本装置の最小変位検出感度を、原子・分子分解能を有するAFMの検出感度である20fm/√Hz程度を達成し、本研究装置で分子結晶の分子分解能像が観察できた。またFM検出器の周波数帯域特性が10kHz程度まで拡張され、短時間かつ高感度な相互作用力計測が可能となった。さらに2種類のプローブによる相補的かつ精密な、近接場光検出の距離依存性測定を行ったことで、近接場光が探針に働く力へと変換されるメカニズムとして光放射圧、光誘起静電気力、光熱応力などの複合的な要因があることが確認されるに至った。

全新高灵敏度、高分辨率动态模式原子力显微镜/近场光学显微镜（D为了实现和构建FM/SNOM，我们采用了能够实现高灵敏度力检测的调频（FM）检测控制方法，以及DFM中的两种微小位移检测（光学杠杆法和自检测法）。开发了一种新的 DFM/SNOM 设备。此外，还对该研究装置进行了噪声分析、光诱导相互作用力的量化以及使用计算机模拟的理论分析。通过一系列的研究，我们实现并建立了一种基于调频AFM光诱导相互作用力测量的近场光学检测方法。作为本研究的具体成果，为了利用DFM/SNOM稳定地获得高灵敏度、高分辨率的光学图像，我们深入分析了显微镜系统的噪声因素，并根据我们实现了约20 fm/√Hz的检测灵敏度，这是具有分辨率的AFM的检测灵敏度，并且能够利用该研究设备观察分子晶体的分子分辨率图像。此外，FM检测器的频带特性已扩展到10kHz左右，从而可以在短时间内以高灵敏度测量相互作用力。此外，通过使用两种类型的探头对近场光检测进行互补且精确的距离相关测量，我们发现光辐射压力和光感静电是将近场光转化为作用在物体上的力的机制。目前已证实存在功率、光热应力等多种因素。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Development of multi-probe AFM with optical beam deflection method

光束偏转法多探针原子力显微镜的研制

DOI：
发表时间：
2007
期刊：
影响因子：
0
作者：
E. Tsunemi;N. Satoh;K. Kobayashi;K. Matsushige and H. Yamada
通讯作者：
K. Matsushige and H. Yamada

可視光入射によるFM-DFM/KFMを用いた有機分子薄膜の表面電位計測

使用可见光入射的 FM-DFM/KFM 测量有机分子薄膜的表面电位

DOI：
发表时间：
2007
期刊：
影响因子：
0
作者：
佐藤宣夫;山木理生;香取重尊;小林圭;藤田静雄;松重和美;山田啓文
通讯作者：
山田啓文

Multi-Probe Atomic Force Microscopy Using Piezoelectric Cantilevers

DOI：
10.1143/jjap.46.5543
发表时间：
2007-08
期刊：
Japanese Journal of Applied Physics
影响因子：
1.5
作者：
N. Satoh;E. Tsunemi;Y. Miyato;K. Kobayashi;S. Watanabe;T. Fujii;K. Matsushige;Hirofumi Yamada
通讯作者：
N. Satoh;E. Tsunemi;Y. Miyato;K. Kobayashi;S. Watanabe;T. Fujii;K. Matsushige;Hirofumi Yamada

Local surface potential measurements of oligothiophene molecular films connected to nano-gap metallic electrodes by Kelvin probe force microscopy

通过开尔文探针力显微镜测量连接到纳米间隙金属电极的低聚噻吩分子膜的局部表面电位