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HETERODYNE BEAT PROBE SCANNING PROBE MICROSCOPE AND MEASURING METHOD OF MICROSIGNAL SUPPERPOSED ON TUNNEL CURRENT USING IT

Patent code P07P004967
File No. T73
Posted date Jul 27, 2007
Application number P2006-000007
Publication number P2007-183106A
Patent number P4534045
Date of filing Jan 4, 2006
Date of publication of application Jul 19, 2007
Date of registration Jun 25, 2010
Inventor
  • (In Japanese)松山 英治
  • (In Japanese)重川 秀実
  • (In Japanese)根本 承次郎
  • (In Japanese)中村 潤児
  • (In Japanese)大井川 治宏
  • (In Japanese)武内 修
  • (In Japanese)保田 諭
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人 筑波大学
Title HETERODYNE BEAT PROBE SCANNING PROBE MICROSCOPE AND MEASURING METHOD OF MICROSIGNAL SUPPERPOSED ON TUNNEL CURRENT USING IT
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heterodyne beat probe scanning probe microscope capable of easily and certainly detecting a micro-RF signal, and a specifying method of a heterodyne beat signal due to the scanning probe microscope.
SOLUTION: A known external superposed reference high frequency (RF) signal or an external superposed reference electromagnetic signal and an unknown high-frequency signal or an unknown electromagnetic wave signal are applied across the sample set to the scanning probe microscope (SPM) and the probe opposed to the sample, and the external superposed reference high-frequency signal or the external superposed reference electromagnetic signal is allowed to interfere with the unknown high-frequency signal or the unknown electromagnetic wave signal to produce the heterodyne beat signal.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


今までに、電子スピン検知を目的として、スピン偏極トンネル電子顕微鏡(SP-STM)や近接場光顕微鏡(SNOM)などが開発されてきている。



特許文献1には、磁場を試料に印加する工程と、パルス状もしくは連続波状の電磁波を前記試料に照射する工程、試料の核磁気共鳴を検出する工程からなり、前記試料での特定部分の結合の変化を前記試料の核磁気共鳴信号の変化より観測することを特徴とする複合分光方法が記載されている。



特許文献2には、(a)光強度が制御できる光源と、(b)該光源のドライバーと、(c)サンプルからの干渉画像を撮像装置面上に結像する結像干渉光学系と、(d)参照光の位相変調器と、(e)該位相変調器のドライバーと、(f)前記撮像装置のコントローラと、(g)画像処理とシステム全体の制御を行うコンピュータとを備え、(h)画素上でのヘテロダインビート信号に含まれる高次高調波をも考慮するとともに、信号光強度Isを位相揺らぎ成分σに依存しないで求め、ランダムな位相揺らぎが存在しても、安定にヘテロダインビート画像を測定することを特徴とするヘテロダインビート画像同期測定装置が記載されている。



特許文献3には、2つの発光素子の発光周波数の差分の周波数を持つ電気信号(ビート信号)を得ることが記載されている。



特許文献4には、走査型プローブ顕微鏡の探針と試料間に超短パルス高電圧を印加すべく、パルス電源側より直流又は交流の超短パルス高電圧を同軸ケーブルに加え、探針又は試料の何れか一方の側に前記同軸ケーブルの終端を接続するとともに、他方の側をほぼ接地電位とした超短パルス高電圧印加方法であって、前記同軸ケーブルの終端がほぼ開放端と見なせるように、該同軸ケーブルの外導体を終端で切断し且つ芯線を可及的に短く突出させ、該芯線を探針又は試料の何れか一方の側に接続して、同軸開放端での電力反射により電圧がほぼ2倍になった超短パルス高電圧を、その波形を歪ませることなく短針と試料間に印加してなることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡における超短パルス高電圧印加方法が記載されている。



【特許文献1】
特開2005-156345号公報
【特許文献2】
特開2002-214128号公報
【特許文献3】
特開平10-173602号公報
【特許文献4】
特開平9-178759号公報

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、走査プローブ顕微鏡、特にヘテロダインビートプローブ高周波プローブトンネル顕微鏡およびこれによるトンネル電流に重畳された微小信号の計測方法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
プローブとなる尖鋭な探針を備え、試料表面の原子・分子の電子状態に対向する前記探針と試料との間に流れるトンネル電流が引き出される走査プローブトンネル顕微鏡であって、
未知の高周波信号もしくは電磁波信号が前記走査プローブトンネル顕微鏡にセットされた試料および前記探針の間に付与されて量子振動を励起させる未知の高周波信号もしくは電磁波信号付与手段、および意図的に変動された既知の外部重畳参照高周波信号もしくは外部重畳参照電磁波信号が該試料および前記探針の間に付与されるようにした既知の外部重畳参照高周波信号もしくは外部重畳電磁波信号付与手段を備え、付与された既知の外部重畳参照高周波信号もしくは外部重畳参照電磁波信号を、未知の高周波信号もしくは電磁波信号に重畳して量子干渉させる走査トンネル顕微鏡分析部を備え、外部重畳参照高周波信号もしくは外部重畳参照電磁波信号の未知の高周波信号もしくは電磁波信号への量子干渉に基づいて、ヘテロダインビート信号を生起することによる変調されたトンネル電流を発生させ
高周波もしくは電磁波分離部が、前記走査トンネル顕微鏡分析部での量子干渉によって生成された高周波信号もしくは電磁波信号を濾波器で濾波して、濾波された高周波信号もしくは電磁波信号を検出し、増幅器が検出した高周波信号もしくは電磁波信号を増幅し、高周波発信機が、増幅された高周波信号もしくは電磁波信号に擬似する擬似高周波信号もしくは電磁波信号を生成し、前記走査トンネル顕微鏡分析部が前記既知の外部重畳参照高周波信号もしくは外部重畳参照電磁波信号に擬似高周波信号もしくは擬似電磁波信号を重畳させ、試料と前記探針との間に付与して未知の高周波信号もしくは電磁波信号に量子干渉させること
を特徴とするヘテロダインビートプローブ走査プローブトンネル顕微鏡。

【請求項2】
 
請求項1において、未知の電磁波信号が、試料表面に注入され、表面プラズモンを励起し、電磁場を発生させるようにしたことを特徴とするヘテロダインビートプローブ走査プローブトンネル顕微鏡。

【請求項3】
 
請求項1において、未知の高周波信号もしくは電磁波信号は試料が励起されて発生する高周波信号であることを特徴とするヘテロダインビートプローブ走査プローブトンネル顕微鏡。

【請求項4】
 
プローブとなる尖鋭な探針を備え、試料表面の原子・分子の電子状態に対向する前記探針と試料との間に流れるトンネル電流が引き出される走査プローブトンネル顕微鏡による微小信号の計測方法において、
走査トンネル顕微鏡分析部が、未知の高周波信号もしくは電磁波信号を前記走査プローブトンネル顕微鏡にセットされた試料と前記探針との間に付与して、量子振動を励起させ、意図的に変動された既知の外部重畳参照高周波信号もしくは外部重畳参照電磁波信号を該試料と前記探針との間に付与し、付与された既知の外部重畳参照高周波信号もしくは外部重畳参照電磁波信号を、未知の高周波信号もしくは電磁波信号に漸近させ、量子干渉させ、該量子干渉に基づいて、ヘテロダインビート信号を生起することによる変調されたトンネル電流を発生させ、
高周波もしくは電磁波分離部が、前記走査トンネル顕微鏡分析部での量子干渉によって生成された高周波信号もしくは電磁波信号を濾波器で濾波して、濾波された高周波信号もしくは電磁波信号を検出し、増幅器が検出した高周波信号もしくは電磁波信号を増幅し、高周波発信機が、増幅された高周波信号もしくは電磁波信号に擬似する擬似高周波信号もしくは電磁波信号を生成し、前記走査トンネル顕微鏡分析部が前記既知の外部重畳参照高周波信号もしくは外部重畳参照電磁波信号に擬似高周波信号もしくは擬似電磁波信号を重畳させ、試料と前記探針との間に付与して未知の高周波信号もしくは電磁波信号に量子干渉させること
を特徴とするヘテロダインビートプローブ走査トンネル顕微鏡による微小信号の計測方法。

【請求項5】
 
請求項4において、前記計測に際して微小高周波信号もしくは微小電磁波信号の増幅を行うことを特徴とするヘテロダインプローブ走査トンネル顕微鏡によるトンネル電流に重畳された微小信号の計測方法。

【請求項6】
 
請求項4において、探針は試料に対してトンネル効果が見られる非接触領域から100nmの表面深度にわたってのヘテロダインビートプローブ動作範囲で動作することを特徴とするヘテロダインビートプローブ走査トンネル顕微鏡によるトンネル電流に重畳された微小信号の計測方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2006000007thum.jpg
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