超広帯域電気光学効果を用いた新規超高速走査型プローブ顕微鏡法の確立

利用超宽带电光效应建立新型超快扫描探针显微镜方法

• 批准号: 22KJ0409
• 负责人: 市川 卓人
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0409/
• 关键词: 超高速分光; 原子間力顕微鏡(AFM); 光熱効果; 電気光学(EO)効果; 集束イオンビーム(FIB)

電気光学(EO)効果は電場の印加により生じる非線形分極を介して物質の屈折率が変化する現象であり，フェムト秒(1 fs = 10^-15 s)の応答速度を持つため超短パルス光の計測に用いられている．また，100 THz(1 THz = 10^12 Hz)を超える極めて広帯域な電場応答特性を持つEO結晶も存在する．本研究は，EO効果の優れた高速性と電場応答特性を利用した新規超高速原子間力顕微鏡(AFM)，EO-AFMを開発することで，従来の超高速AFMの時間分解能の限界を越えた計測が可能な技術を確立することを目的としている．当該年度では，EO結晶の加工によりAFM探針を成形する手法を確立した．具体的には，集束イオンビーム(FIB)により約70 THzの広帯域性を持つとされるGaP結晶を加工し，先端半径が約1 μmのピラミッド型探針が得られている．また，パルス時間幅の増大を回避するため反射鏡の組み合わせで構成された対物レンズを使用し，時間分解反射率変化信号によりGaPのEO効果に伴う屈折率変化がパルス時間幅(約30 fs)で実現されていることを確認した．さらに，対物レンズを用いた顕微鏡視野下における超高速分光により照射効果を調べることに成功し，その成果をPhys. Rev. Applied誌，および，国内学会にて発表した．この論文では，カンチレバー表面に蒸着されているアルミニウム薄膜における過渡反射率変化について議論しており，顕著なレーザー光照射位置の依存性を，マイクロメートルの寸法を持つカンチレバーで起こり得る，数百Kを越える温度上昇によるアルミニウムのバンド間遷移閾値の変化によるものと結論づけた．これにより，超高速AFMで行うフェムト秒レーザー光照射による光熱効果を評価するための物理モデルが確立され，新規超高速AFMの開発の推進につなげることができた．

电声（EO）效应是一种现象，其中材料的折射率通过电场的应用而导致非线性极化变化，并且用于测量超短脉冲光，因为它具有fomtseconds的响应速度（1 fs = 10^-15 s）。还有EO晶体具有极高的宽带电场响应特性超过100 THz（1 THz = 10^12 Hz）。这项研究旨在建立一项技术，允许通过开发一种新型的超快速原子力显微镜（AFM）来超过常规超高速AFM的时间分辨率限制的技术，该技术利用了出色的EO效应和电场响应特征。在今年，我们建立了一种通过处理EO晶体来造型AFM探针的方法。具体而言，使用聚焦离子束（FIB）处理的间隙晶体被据说具有约70 THz的宽带特性，并获得了大约1μm的尖端半径的金字塔形探针。此外，为避免脉冲时间宽度增加，使用了由反射器组合组合的客观晶状体，并证实，时间分辨的反射率变化信号允许与脉冲时间宽度相关的间隙效应相关的折射率变化（约30 fs）。此外，使用客观晶状体在显微镜下通过超高速度光谱成功地研究了辐照效应，并在物理中介绍了结果。 Applied杂志牧师和日本的日本学会。本文讨论了沉积在悬臂表面的铝薄膜中短暂反射率的变化，并得出结论，激光照射位置的显着依赖性是由于温度间铝间铝间铝间阈值的变化造成的，因为温度升高以上几百k以上，这可能在悬臂上发生在微米尺寸中。这已经建立了一个物理模型，用于评估使用超高速AFM的飞秒激光照射的光热效应，从而促进了新的超高速度AFM的发展。

项目成果

ポンプ・プローブ分光法によるカンチレバー表面の光圧・光熱効果の検出

使用泵浦探针光谱检测悬臂表面的光学压力和光热效应

• 发表时间: 2022
• 作者: 市川 卓人;アブリケム アイズティリ;長谷 宗明
• 通讯作者: 長谷 宗明