近接場磁気光学顕微鏡の現状と課題
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- ぜんすけ うすい
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1 ( ) Pt/Co.3µm CCD.6 /NA NA NA sin / NA NA n sin (IL: solid immersion lens) near field() NOM(scanning near field optical microscop) 媒 質 媒 質 エバネセント 波 臨 界 角 θ=θ c ( =evanescent wave) ( d ) 3 θ i <θ c d 伝 搬 光 θ i >θ c エバネセント 場 散 乱 光
2 TM (NOM,, NOM) 5 nm 99 Betzig (- λ ) + () Betzig () Betzig IL Betzig NOM NOM (AM)(MO-NOM) (3) Betzig D.W. Pohl(IBM, Zurich) NOM (4) near field()hertz /r /r 3 far field ommerfeld (5) 98 nge (6) Ash /6 (7) NOM 98 Pohl 984 (8) NOM( NO ) 985 nm (9) ischer ( Braunschweig ) NOM () Cornell NOM () NOM () 99 Betzig NOM (3)(4), NOM () NOM TM (PTM) (5) TM PTM Hori m = h / c λc (virtual photon) (6) NOM
3 NOM 4 (collection mode) (illumination mode) Al (7) 5(a)(shear force) ig.5(b) (AM) Chiba NOM/AM (NOAM) (8), (9), () 3 水 晶 振 動 子 ファイバー プローブ PD LD 試 料 表 面 ピエゾアクチュエーター XYZステージ ピエゾアクチュエーター XYZステージ (a) (b)
4 -5 (), () AM TM NOM Betzig () (a) Braunschweig ato (3) illumination mode PM (3) Dresden 5nm collection mode TbeCo (b) -3 (4) 6 (a) CD-NOM (b)pt/co (Kottler 5 ) CNR Kottler PM collection mode (shear force) (5) ( 6(a)) CD-NOM CoNi/Pt 6(b) CD-NOM (6) Hecht acts and artifacts in near-field optical microscop (7)) Kottler AO 7 NOM - PI38 AM 3 ato ) ( 7 NOM AM PI38 NOM
5 ( 3. m 5 m) 8 (Al) Al -5nm 8-nm () ( 5kHz). -3nm 488nm AM NOM nm µm µm 9 (a) AM (b) () 5µm 5µ nm -3 nm (a) 8 A 8 [nm] 4 (b) A-A (c) %-8% 5 nm - (8)(9) Bi (DIG) MO [%] A A 5nm トポ 像 NOM 像 A 9
6 (3 m m.7 m m) MO-NOM.3 ato (PM) (3) Photodiode 45 PM phz 試 料 (p p=5khz) I(p) (p) I(p) 3 I () = I I ( p) = I I ( p) = I R{ θ J R η K K R θ J ( δ )} ( δ ) J ( δ ) () zアクチ ュエータ ー K NOM Pt/Co MO MO (a) (b) MO ( ) 3 MO- NOM 3 8. Bi (.7µm µm) MO-NOM バイモルフ ファイバープローブ 検 光 子 フィルター コントローラー (PI 38) AM MO ( 6 m) PM PM NOM Pt ( 3Å ) in Glass 5Å Pt (8 Å) Co(3 Å).6µm µm (a) (b) (a)pt/co MO (b)
7 mrad nm NOM 5 nm ( ) ( ) (a) トポグラフ 像 (b)mo-nom 像 MO-NOM 3 Pt/Co MO-NOM (34),,, = 3 = = = = + * * + * * P () P = / θ ( ) 45 ( ) I(θ) I(θ) I(θ) /4 45 Iq(θ) (θ) (θ) (θ) 3(θ) ( θ ) = I ( θ ) = I ( θ ) = I ( θ ) = I ( θ ) + I ( θ ) I ( θ ) ( θ ) ( θ ) ( θ ) [ I ( θ ) + I ( θ )] [ I ( θ ) + I ( θ )] 3 q P (θ)(4) P ( θ ) = ( θ ) + ( θ ) + 3( θ ) ( θ ) (4) (3) (θ) (θ) 3 (θ) P(θ) 3 4 θ [rad]
8 4 θ θ θ θ θ θ θ θ θ 一 般 に 方 位 角 α 位 相 差 の 波 長 板 に 角 度 θ 波 長 板 のストークスパラメータ ーは (5) ( θ ) = ( θ ) = cos α cos ( θ α ) cos sin α sin ( θ α ) ( θ ) = sin α cos ( θ α ) + cos cos α sin ( θ α ) ( θ ) = sin sin ( θ α ) 3 θ θ θ θ α 補 償 子 として 波 長 依 存 性 のない Berek 補 償 子 を 採 用 し 方 位 角 をα +π/ 位 相 差 を に 調 節 し 実 際 にプローブの 偏 光 特 性 の 補 償 を 行 った 結 果 を 図 5 に 示 す 位 相 差 を 表 す θ の 振 幅 が 非 常 に 小 さく 位 相 差 は. ラジアン 以 下 にな っており ほぼ 完 全 に 補 償 され 直 線 偏 光 になっていることがわかる αi (p ) I (p ) α I () I T I ( p) I I ( p) I T 4J T 4J ( ) (cos sin ) (6) ( )(/ sin α cos α sin cos α cos ) η θ α α I () I T I ( p) I I ( p) I T 4J T 4J ( ) (cos ( ) (sin sin ) 3 4 θ [rad] (7) + cos ) η θ α π (5) 8.5 (θ) (θ) 3 (θ) P(θ)
9 (a) f 成 分 ( =): η K (b) f 成 分 ( =): θ K (c) f 成 分 ( =π/): θ K (d) f 成 分 ( =π/): η K 6 Pt/Co MO-NOM = (a) 7 Pt/Co. m (b) = / (c) MO-NOM (d) 6 π (a) (b) = (a)[p ](b) [p ] (c) (d) π (c)[p ](d) [p ] 7 Pt/Co. m nm mrad ato 8 45 光 電 子 増 倍 管 検 光 子 NOM フィルター CCD カメラ 4 分 割 フォトダ半 導 体 レーザ ハーフミラー イオード 補 償 子 ー PM λ/ バイモルフ nm 接 眼 レンズ µm µm 対 物 レンズ NOM ファイバー 試 料 カップラー ファイバープローブ ロックインアンプ nm AMコントローラー MO- NOM Güntherodt 9 8 NOM コンピューター (トポ 像 MO-NOM 像 ) / アルゴンレー ザー
10 NOM Pt/Co (35) (MO- NOM) nm (7) 8. NOM (). Betzig, J.K. Trautman, R. Wolfe,.M. Gorg, P.L. inn, M.H. Krder and C.-H. Chang: Appl. Phs. Lett. 6 (99) 43 (). Betzig, J.K. Trautman, J.. Weiner, T.D. Harris and R. Wolfe: Appl. Opt. 3 (99) 4563 (3) : 34 (999) 68 (4) D.W.Pohl: Near ield Optics eds. D.W.Pohl and D. Courjon (Kluwer Academic Publishers, The Netherlands, 993) p.. (5) A. ommerfeld: Ann.D. Phs. IV 8 (99) 665 (6).H. nge: Phil. Mag. 6 (98) 356. (7).A. Ash and G. Nichols: Nature 37 (97) 5 (8) D.W. Pohl, W. Denk and M. Lanz: Appl. Phs. Lett. 44 (984) 65. (9) D.W. Pohl, W. Denk and U. Dürig: Proc. PI 565 (985) 56. () U. Ch. ischer: J. Vac. ci. Technol. B3 (985) 386 () A. Lews, M. Isaacson, A. Harootunian and A. Murra: Ultramicroscop 3 (984) 7 () A. Harootunian,. Betzig, M. Isaacson and A. Lewis: Appl. Phs. Lett. 49 (988) 674. (3). Bezig, J.K. Trautman, T.D. Harris, J.. Weiner ans R.L. Kostelak: cience 5 (99) 468. (4). Bezig and J.K. Trautman: cience 57 (99) 89. (5) R.C. Reddick, R.J. Warmack and T.L. errell: Phs. Rev. B39 (989) 767. (6) H. Hori: Near ield Optics, eds. D.W. Pohl and D. Coutjon (Kulwer Academic, The Netherlands, 993) p. 5. (7) M. Otsu and H. Hori: Near-ield Nano-Optics (Kluwer Academic, New York, 999) Chap. 4, p.3 (8) M. ujihira, H. Mononobe, H. Muramatsu and T. Ataka: Chem. Lett. 3 (994) 657 (9) N. Chiba, H. Muramatsu, T. Ataka and M. ujihira: Jpn. J. Appl. Phs. 34 (995) 3 () H. Muramatsu, N. Chiba, K. Homma, K. Nakajima, T. Ataka,. Ohta, A. Kasumi and M. ujihira: Appl. Phs. Lett. 66 (995) 345. (). Zenhausern, M.P. O Bole and H.K. Wickramasinghe: Appl. Phs. Lett. 65 (994) 63. () Y. Inoue and. Kawata: J. Microscop 78 (995) 4. (3) G. ggers, A. Rosenberger, N. Held and P. umagalli: Proc. 4th Int. Conf. Near-ield Optics (NO-4), Jerusalem, eb. 9-3, 997 (4) P. umagalli, A. Rosenberger, G. ggers, A. Münnemann, N. Held, G. Günterodt: Appl. Phs. Lett. 7 (998) 83 (5) V.Kottler, N. ssaidi, N.Ronarch, C. Chappert, and Y. Chen: J. Magn. Magn. Mater. 65 (997) 398. (6) V. Kottler, C. Chappert, N. ssaidi and Y. Chen: Proc. 7th Joint MMM-Intermag Conference, Jan. 998 (7) B. Hecht, H. Bielefeldt, Y. Inoue, D.W. Pohl and L. Nowotn: J. Appl. Phs. 8 (997) 49 (8) Y. Mitsuoka, K. Nakajima, K. Honma, N. Chiba, H. Muramatsu and T. Akita: J. Appl. Phs. 83 (998) (9) K. Nakajima, Y. Mitsuoka, N. Chiba, H. Muramatsu, T. Ataka, K.ato and M. ujihira: Ultramicroscop 7 (998) 57. (3) T. Ishibashi, T. Yoshida, J. Yamamoto, K. ato, Y. Mitsuoka and K. Nakajima: J. Magn. oc. Jpn. 3 (999) 7. (3) K. ato: Jpn. J. Appl. Phs. (98) 43. (3) T. Ishibashi, T. Yoshida, A. Iijima, K. ato, Y. Mitsuoka and K. Nakajima: J. Microscop 94 (999) 374 (33) 3 (999) 96 (34) 996 (35) P. umagalli, A. Rosenberger, G. ggers, A. Münnemann, N. Held, G. Günterodt: Appl. Phs. Lett. 7 (998) 83
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