【研究分野】地球化学

【研究領域課題番号】13554018 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

近接場分光 / ラマン分光 / 原子間力顕微鏡 / 高分解能 / 表面分折 / フォトルミネッセンス / 表面分析 / SNOM / AFM / 近接場 / 発光 / ラマンスペクトル / 顕微分光 / 装置開発 / 微小領域

【研究成果の概要】

本研究では走査近接場光学顕微鏡(SNOM)を研究室に既存の市販の原子間力顕微鏡に組み込み、光ファイバーの開口径程度の空間分解能を持つ顕微分光技術を確立することができた。本研究で製作したSNOMは、数百nm程度の微小開口を持つ光ファイバにレーザー光を入射し、試料と微小開口面の間を数十nmの距離に近づけることにより、散乱光のマッピング・分光測定をサブミクロンオーダーの空間分解能で行うことが可能である。研究の対象としては放射線損傷を持つ多結晶ダイヤモンドやジルコニア-アルミナ共晶体を選び、サブミクロンの結晶内部での歪みを2次元マッピングすることに成功した。特にジルコニア-アルミナ共晶体につついては、蛍光を高空間分解能でマッピング・分光測定を行うことにより、アルミナ中の不純物であるクロムに起因する発光センターの波長とスペクトル幅を巧みに数値化することにより、多結晶体内部での歪みの大きさと歪みの異方性を解析することができた。また、多結晶ダイヤモンドについては、結晶内部には0.7GPa程度の歪みが存在するものの、結晶表面には歪みがほとんど存在しないことが明らかになった。今後は、より開口径の小さな光ファイバーを用いて数十nm程度の空間分解能の測定を目指すと同時に、溶液内での測定なども視野に入れて行きたい。また、本研究を遂行するにあたって、本研究グループによって分光学的手法と表面化学的手法を併用した地球化学研究が大きく進展したことも特筆に値する。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2001 - 2003

【配分額】11,000千円 (直接経費: 11,000千円)

【研究分野】表面界面物性

【研究領域課題番号】11305003 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

afm / spm / ナノカンチレバー / カスペクトロスコピー / マルチプローブ / 質量検出 / AFM / 力検出 / 表面物理 / STM / 近接場 / 質量

【研究成果の概要】

1)数ミクロンからサブミクロンオーダの単結晶シリコンカンチレバーで、先端に探針を有するもののさらなる小型化に成功した.
シリコンの結晶方位による異方性を用いてカンチレバーと探針を形成しているため、極めて精度の高い作製が可能となった.小さいものでは、長さ2ミクロン、固有振動数40MHz、Q値10000のものを実現した.他に、固有振動数10MHz、Q値18000のものも実現した.上記作製例では、前年度のものと比べてカンチレバーの支持方法を改善し、シリコン111面により定義される明確な支持を用いた.これにより支持部へのロスがへり、結果的に3倍程度のQ値を得ることが可能となった
2)1.1GHzのキャリアを有するヘテロダインレーザドップラー振動計を実現した.その結果、100MHzまでの速度計測が可能となった.10MHz以上の帯域で、ノイズ等価振幅が10pm以下であることを確認した
3)レーザドップラー振動計の出力を移相の後、カンチレバー励振用のピエゾ素子に帰還したところ、自励振動が生じた.周波数のゆらぎは5Hz程度で、理論限界よりも50倍程度大きかった.理論限界での質量分解能は10-21乗に達する.計算上、固有振動数100MHz、Q値10000、振幅10nmのカンチレバーの質量分解能は10-238であり、原子レベルの質量変化が検出可能であることを計算上確認した.今後、低温超高真空化で同様の実験を行い、C60などの比較的質量のある分子をカンチレバーに蒸着して周波数変化の量子化を確認する.

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】1999 - 2001

【配分額】45,190千円 (直接経費: 44,500千円、間接経費: 690千円)