周波数変調AFMの高感度化および変調赤外光照射による散逸振動エネルギーの解明

提高调频 AFM 的灵敏度并通过调制红外光照射阐明耗散的振动能量

基本信息

批准号：
09J05618
负责人：
細川義浩
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

単一/少数有機分子系を機能性デバイスとして利用する分子スケールエレクトロニクス実現に向けては、個々の分子の電子状態や結合状態を高感度に測定することが必要不可欠となる。赤外光による分子振動励起を検出する顕微分光は非常に有効な手法である。しかしながら、これらの手法は光を照射し、その反応を観察するという特徴から、原理的な空間分解能の限界(～100nm)が存在する。そこで本研究では、従来の電子状態分光や顕微分光の空間分解能の限界を超えて、単一分子/少数分子系の電子状態/結合状態を解析することを可能とする「光照射走査プローブ物性評価法」を新たに開発することを目的とした。本研究においてグラファイト(HOPG)基板上にpolydimethylsiloxane(PDMS)をスピンコートした試料を作製し、強度変調した量子カスケードレーザー(QCL)(中心波長:1050cm-1)からの赤外光を強度変調してカンチレバー探針直下へ照射し、カンチレバーの変調周波数成分の振動振幅位相をロックインアンプで検出した。QCLの強度変調周波数はカンチレバーの1次共振周波数(68kHz)近傍とし、FM-AFMの探針-試料間距離制御にはカンチレバーの2次共振モードを用いた。照射赤外光の強度変調周波数をそれぞれ69kHzおよび65kHzとした場合の変調周波数におけるカンチレバーの振動振幅を検出したところ、PDMS上とHOPG上では赤外光照射によるカンチレバーの振動振幅に明確な差異があることがわかった。さらに、HOPGとPDMSの境界を詳しく観察することで、数10nm程度の空間分解能でPDMSとHOPGを識別可能であることを示した。

为了实现分子尺度电子产品，利用单个有机分子系统作为功能设备，高度敏感地测量单个分子的电子和键合态至关重要。微观光谱检测红外光的分子振动激发是一种非常有效的技术。但是，由于光照射和观察反应的特征，这些技术具有空间分辨率的基本限制（最高100 nm）。因此，本研究旨在开发一种评估光照射扫描探针物理性质的新方法，该方法允许分析单分子/次要分子的电子状态/键状态，超出了传统电子状态光检查和微观光谱法空间分辨率的限制。 In this study, a sample was spin-coated with polydimethylsiloxane (PDMS) on a graphite (HOPG) substrate, and infrared light from an intensity-modulated quantum cascade laser (QCL) (center wavelength: 1050cm-1) was intensity-modulated and irradiated directly below the cantilever probe, and the vibration amplitude phase of the modulated frequency components of the cantilever was detected通过锁定放大器。 QCL的强度调制频率接近悬臂的主要共振频率（68 kHz），并且使用悬臂的二次共振模式来控制FM-AFM的探针和样品之间的距离。当悬臂在调制频率下的振动幅度分别为69kHz和65kHz时，悬臂的强度调制频率分别为69kHz和65kHz时，发现由于PDMS和HOPG上的红外光照射而导致的悬臂振动振动的振动振幅明显差异。此外，通过密切观察HOPG和PDM之间的边界，可以证明PDMS和HOPG可以通过大约数十NM的空间分辨率来区分。