微弱レーザー誘起型水晶発振子を用いる表面反応の解析

使用弱激光诱导晶体振荡器分析表面反应

• 批准号: 16710081
• 负责人: 川崎 剛美
• 金额: $ 2.37万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16710081/
• 关键词: 微弱レーザー; 水晶発振子; 光表面反応; 分子認識; 水晶発振子マイクロバランス法; 自己組織化単分子膜; 光誘起表面反応; レーザー

昨年度の実験から、水晶発振子金電極上に存在する分子とその量に応じて、レーザー光による水晶発振子の振動数変化が異なることが明らかとなった。今年度はこの現象の原理を解明するとともに、微弱なレーザー光による表面化学種の測定とその化学状態の変化を利用した、新しい表面解析法及び表面制御技術を確立することを目的に研究し、以下の成果を得た。1)27MHzの水晶発振子はその金電極表面に吸着する物質量を、ngオーダーで実時間観測することが出来る。大気中あるいは液体中で発振している水晶発振子の金電極表面に1mW程度の微弱な半導体レーザーを照射すると、振動数が10-20Hz上昇し、照射を中止すると数秒で元の振動数に減衰することが分かった。さらにこの変化量は、表面への分子の相互作用の強さと分子の存在量等に依存する事も明らかとなった。2)微弱レーザー光の水晶発振子に与える影響の詳細を調べるために各種気体、溶液中など様々な条件においてネットワークアナライザにより水晶発振子の電気的な特性を測定し、電気機械音響類似から考察してレーザー光の物理的な効果を確認した。その結果、レーザー光照射による振動数の増加(重量減少)は、金基板上に結合していた分子の脱着によるものであることがわかった。

去年的实验表明，激光引起的晶体振荡器的频率变化取决于晶体振荡器金电极上存在的分子及其数量。今年，我们将开展研究，旨在阐明这种现象的原理，并建立新的表面分析方法和表面控制技术，利用弱激光测量表面化学物质及其化学状态的变化。得到以下结果。 1）27MHz晶体振荡器可以实时观察ng量级吸附在金电极表面的物质量。当用约1mW的弱半导体激光照射在空气或液体中振荡的晶体振荡器的金电极表面时，频率增加10-20Hz，当停止照射时，频率降低到原来的频率几秒钟之内我就发现确实如此。此外，已经清楚的是，变化量取决于分子与表面相互作用的强度、存在的分子数量等。 2) 为了研究弱激光对晶体振荡器影响的细节，我们使用网络分析仪在各种气体和溶液等各种条件下测量了晶体振荡器的电特性，并从机电声学角度进行了讨论类比证实了激光的物理效应。结果发现，由激光束照射引起的频率增加（重量减少）是由于与金基板结合的分子的解吸所致。