力検出を用いた近接場光学顕微鏡による有機分子の画像化機構の解明

使用力检测的近场光学显微镜阐明有机分子的成像机制

基本信息

批准号：
16J00304
负责人：
山西絢介
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、物質近傍に局在する光を力として検出するという独創的なアイディアを用い、近接場光学顕微鏡のさらなる高感度化・高分解能化に挑戦した。この研究当初は、近接場光中に半導体探針を挿入し、半導体探針先端に生じる光起電力による静電気力を検出する方法をとっていた。しかしながら、この方法は探針先端にできる光起電力の飽和が問題となり、精度良く観測することが難しいことが分かってきた。さらに、分光測定が困難であり、光学測定としての強みが生かしきれない方法であることも明らかになった。そこで、探針を金探針に変え、探針と試料に光を照射した時に生じる双極子間の力(光誘起力)を検出する方法（光誘起力顕微鏡）に変更した。本年度は、開発したヘテロダインFM方式と超高真空光誘起力顕微鏡装置を用いて、単一量子ドットの分光イメージング及び測定を行った。それによって、単一構成体の量子ドットだけでなく、内部に異なる構成要素を持つ量子ドットの光誘起力イメージングを行った。その際、量子ドット内部のそれぞれの構成要素に応じて異なる光学応答を可視化することに成功した。これは内部に異なる応答を示す単一構成体に対して分光測定に成功した世界で初めての例である。また、その量子ドットの一部を拡大してイメージングしたところ、その分解能は0.7nmを達成していた。これは、可視光領域の波長を用いた光学観測において世界最高の空間分解能である。これによって量子ドット内部の欠陥準位の光学応答がイメージングされたと考えられる。また、このような２次元的な光誘起力の可視化のみならず、探針を３次元的に走査することでも、光誘起力を３次元的に描写することができる。また、力は本来ベクトル量であり、３次元マッピングを行うことで光誘起力のベクトルとしての可視化が可能である。本研究はそれに成功し、動電磁場による力が描写された初めての例である。

在这项研究中，我们使用了检测到近乎材料的光的最初想法，并试图进一步提高近场光学显微镜的灵敏度和分辨率。在这项研究开始时，使用一种方法将半导体探头插入近场光中，并检测到在半导体探针尖端产生的光伏力引起的静电力。但是，这种方法已成为可以在探针尖端实现的光伏力饱和的问题，并且很明显，很难以高精度观察到。此外，已经揭示了光谱测量很困难，并且该方法无法完全利用其强度作为光学测量。因此，将探针更改为金探针，并更改了方法（光诱导的力显微镜）以检测偶极（光诱导的力）之间发生的力，该力是在用光（光诱导的力显微镜）照射时发生的。今年，我们使用已开发的杂化FM方法和超高真空光诱导的力显微镜设备对单个量子点进行了光谱成像和测量。这允许对单构建的量子点进行光诱导的力量成像，还允许内部具有不同组件的量子点。目前，根据量子点内部的各个组件成功可视化了不同的光学响应。这是世界上第一次在表现出不同内部响应的单个构造上成功进行光谱测量。此外，当量子点的一部分扩大并成像时，其分辨率在0.7 nm处达到。这是使用可见光区域中波长进行光学观察的世界上最高的空间分辨率。人们认为这导致了量子点内缺陷水平的光学响应。此外，不仅可以看到二维光诱导的力，而且还可以通过在三个维度扫描探针，还可以在三个维度中描绘光诱导的力。此外，该力最初是矢量量，并且通过执行三维映射，可以将其视为光诱导力的向量。这项研究是成功的，是电磁场引起的力量的第一个例子。