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ULTRAVIOLET NEAR-FIELD OPTICAL MICROSCOPE

Patent code P100000496
File No. 22679
Posted date Jan 22, 2010
Application number P2009-141244
Publication number P2010-286397A
Patent number P5246667
Date of filing Jun 12, 2009
Date of publication of application Dec 24, 2010
Date of registration Apr 19, 2013
Inventor
  • (In Japanese)田口 敦清
  • (In Japanese)早澤 紀彦
  • (In Japanese)河田 聡
Applicant
  • (In Japanese)独立行政法人理化学研究所
Title ULTRAVIOLET NEAR-FIELD OPTICAL MICROSCOPE
Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a scattering near-field optical microscope capable of intensifying the near-field in an ultraviolet/deep-ultraviolet region.

SOLUTION: In the scattering near-field optical microscope, an excited laser beam is an ultraviolet/deep-ultraviolet laser beam and a metal is employed as a material for a probe end, the metal having dielectric constant of -2 or lower at the wavelength of the excited laser. As metals like this, aluminum or rhodium can be suitably used. Preferably, a probe is manufactured by forming an aluminum thin film on the surface of a probe made of silicon by vacuum evaporation. Preferably, the film thickness of the thin film is about 25 nm and aluminum to be deposited has a granular structure of 10 to 20 nm in diameter.

Outline of related art and contending technology (In Japanese)


近接場光学顕微鏡は、光の回折限界に束縛されず、高い空間分解能を達成できる走査光学顕微鏡である。1980年代には、直径数10nm~数100nmの微小開口を光ファイバー先端に形成し、ファイバーに光を導入した際に微小開口部に染み出す近接場光(エバネッセント光)を光源に用いてサンプル上を二次元走査し、画像を構成する。このような近接場光学顕微鏡は、今日では開口型近接場光学顕微鏡と呼ばれている。しかし、分解能を高くするためにファイバー先端の開口径を極小化すると、開口から染み出す近接場光の強度が急激に低下し、画像化が困難になるという原理的な問題がある。このため、開口型近接場光学顕微鏡で達成できる空間分解能は実質的に数100nmにとどまっている。



その後1994年に、試料近傍に発生した近接場光を、先端径を数10nmまで尖鋭化したプローブ先端で散乱させ、その散乱光を測定しながらプローブをサンプル上で二次元走査して画像を構成する、新しいタイプの近接場光学顕微鏡が考案された。このような近接場光学顕微鏡は、散乱型近接場光学顕微鏡、あるいは、無開口型近接場光学顕微鏡と呼ばれる。この散乱型近接場光学顕微鏡では、プローブ先端に微小開口を形成する必要がない。そのため,プローブ先端はいくらでも尖鋭化でき、プローブ先端を尖鋭化するほど空間分解能が向上するため、開口型近接場光学顕微鏡が持つ分解能と光量のジレンマから解放され、空間分解能が飛躍的に向上した。



散乱型近接場光学顕微鏡に用いられるプローブの材質には、金や銀と入った貴金属材料が用いられる。先端径を数nmまで尖鋭化した金属プローブの先端に光が作用すると、プローブ先端に局在表面プラズモン(金属中の自由電子の集団的振動)が励起され、プローブ先端に強く増強された局在電場が生じる。その結果、近接場光は、1,000倍~100,000倍程度に増強され、その増強された近接場光がプローブによって散乱されて検出器に届くため、微弱な近接場光を高感度に検出できる。金属プローブを用いた散乱型近接場光学顕微鏡をラマン分光に応用した先端増強ラマン分光顕微鏡(TERS顕微鏡。TERS: Tip-Enhanced
Raman Spectroscopy)では、カーボンナノチューブやDNAネットワークのナノスケー
ル分析やイメージングが実現し、大きな注目を集めている。



先端増強ラマン分光顕微鏡では、金属プローブ先端に生じる局在表面プラズモン共鳴が、本来は微弱なラマン散乱光を強く増強する。しかし、より小さなサンプルをより高速に分析するためには、ラマン散乱信号をさらに強くする必要がある。そのためには、共鳴ラマン散乱法が有効である。共鳴ラマン散乱は、試料分子の電子吸収と重なる波長の光で試料のラマン散乱を励起すると、その発色団の振動によるラマン散乱光強度が著しく増大する現象である。生体分子あるいはその複合系を研究する上で、そこに分布するそれぞれの物質の共鳴ラマンスペクトルを選択的に高感度に得ることができ、同定や分布調査、分子構造や環境の解析などを非破壊で行うことが可能である。

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、紫外領域で利用可能な散乱型近接場光学顕微鏡に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
試料にレーザー光を集光させてラマン散乱光を発生させるラマン散乱光発生手段と、
前記試料に近接または接触させて前記ラマン散乱光を増強し散乱させる、先端が尖鋭なプローブと、
前記プローブによって散乱された散乱光からラマンスペクトルを検出する検出手段と、
を備え、
前記レーザー光の波長は140nm~300nmであり、
前記プローブの材料は、前記レーザー光の波長において誘電率が-2以下の金属である
ことを特徴とする紫外近接場光学顕微鏡。

【請求項2】
 
前記プローブの材料は、アルミニウムまたはロジウムであることを特徴とする請求項1に記載の紫外近接場光学顕微鏡。

【請求項3】
 
前記プローブは、表面に、前記レーザー光の波長において誘電率が-2以下の金属の薄膜を有することを特徴とする請求項1に記載の紫外近接場光学顕微鏡。

【請求項4】
 
前記薄膜の材料は、アルミニウムまたはロジウムであることを特徴とする請求項3に記載の紫外近接場光学顕微鏡。

【請求項5】
 
前記薄膜部の材料はアルミニウムであって、膜厚は10nm~30nmであることを特徴とする請求項3に記載の紫外近接場光学顕微鏡。

【請求項6】
 
前記薄膜部の材料はアルミニウムであって、直径10nm~20nmの大きさの粒状構造を有することを特徴とする請求項3に記載の紫外近接場光学顕微鏡。

【請求項7】
 
前記プローブのコーンアングルは30度以下であることを特徴とする請求項3~6のいずれかに記載の紫外近接場光学顕微鏡。

【請求項8】
 
140nm~300nmの波長領域に電子吸収スペクトルを有する試料を対象とする先端増強ラマン分光顕微鏡法であって、
前記試料の電子吸収スペクトルと重なる波長のレーザー光を前記試料に集光させてラマン散乱光を発生させるステップと、
先端が先鋭なプローブを前記試料に近接または接触させて前記ラマン散乱光を増強し散乱させるステップと、
を有し、
前記プローブとして、140nm~300nmの波長範囲において誘電率が-2以下の金属を材料とするプローブを用いる、
ことを特徴とする先端増強ラマン分光顕微鏡法。

【請求項9】
 
前記プローブとして、アルミニウムまたはロジウムにより作成したプローブ、もしくは表面にアルミニウムまたはロジウムの薄膜部が設けられたプローブを用いる、
請求項8に記載の先端増強ラマン分光顕微鏡法。

【請求項10】
 
前記プローブとして、膜厚が10nm~30nmのアルミニウムの薄膜部が表面に設けられたプローブを用いる、
請求項8記載の先端増強ラマン分光顕微鏡法。

【請求項11】
 
前記プローブとして、直径10nm~20nmの大きさの粒状構造を有するアルミニウムの薄膜部が表面に設けられたプローブを用いる、
請求項8に記載の先端増強ラマン分光顕微鏡法。

【請求項12】
 
前記プローブとして、コーンアングルが30度以下のプローブを用いる、
請求項8~11のいずれかに記載の先端増強ラマン分光顕微鏡法。
Industrial division
  • Electron tube
  • (In Japanese)試験、検査
IPC(International Patent Classification)
Drawing

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JP2009141244thum.jpg
State of application right Right is in force
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