共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 非接触原子間力顕微鏡による氷表面のナノ計測
新規・継続の別 継続（平成27年度から）
研究代表者／所属 阪大基礎工学研究科附属極限科学センター
研究代表者／職名 教授
研究代表者／氏名 阿部真之

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

1

 宮戸祐治 阪大基礎工学研究科附属極限科学センター 助教

2

 山下隼人 阪大基礎工学研究科附属極限科学センター 助教

3

 阿保智 阪大基礎工学研究科附属極限科学センター 助教

4

 長嶋剣 北大低温研

研究目的 氷雪結晶についての研究は、これまで光学顕微鏡や干渉顕微鏡を用いた方法が用いられてきたが、空間分解能の制限がありナノレベルでの観察が行われてこなかった。我々のグループでは北海道大学低温科学研究所長嶋剣氏と協力して、氷雪表面をナノレベルで観察できる走査型プローブ顕微鏡の開発を行ってきた。具体的には、探針の変位を自己検出する音叉型水晶振動子を用いたQ-plusセンサ型原子間力顕微鏡（AFM）を開発してきた。本研究では、温度や湿度など、環境が制御された環境でAFM測定する装置を開発し、氷雪結晶の成長に関してナノレベルから解明することを目的とする。
　　
研究内容・成果 今年度は、まず、氷雪結晶観察において、温度、湿度、圧力の制御は必要不可欠であり高い精度での制御が要求されるという課題解決に取り組んだ。具体的には、温度、湿度、圧力を制御できる環境制御機構をAFMに組み込んだ。環境をモニターできるよう白金抵抗温度センサを作製するとともに、各種センサを設置し、LabViewを用いたプログラムを制作した。また、サンプル周辺の温度を目標値に保つために、温度制御プログラムも制作した。その後、開発した環境制御機構の制御範囲や精度、応答性等の評価を行った。また、高分解能での観察において重要なパラメータとなっている探針振動のQ値を向上させるために浮遊容量補償回路を作製し、その性能評価を行った。更に、電流-電圧変換アンプを自作し、市販のチャージアンプと性能を比較した。このとき、電流―電圧変換アンプにおいて、漏れ電流の影響を考慮して、空中配線で作製を行った。さらに、氷雪結晶成長基板としてヨウ化銀を作製し、実際に氷雪結晶成長の条件を探索した。最後に、作製した氷雪結晶の表面観察を行った。
　　
成果となる論文・学会発表等 戸 祐治、大谷 勝樹、長嶋 剣、阿部 真之、“氷の表面構造観察に向けた複合環境制御可能な原子間力顕微鏡の開発(2)”、第65回応用物理学会春季学術講演会、2018/3/17-20、早稲田大学、17p-P5-9

宮戸祐治、大谷勝樹、前田元康、勝部大樹、阿部真之、“氷の表面構造観察に向けた複合環境制御可能な原子間力顕微鏡の開発”、第78回応用物理学会秋季学術講演会、2017/9/5-8、福岡国際会議場、7p-PB2-3

Y. Miyato， M. Maeda， D. Katsube， and M. Abe， “Development of multi-environment FM-AFM using qPlus sensor toward ice surface imaging”， 20th International Conference on Non-Contact Atomic Force Microscopy (NC-AFM 2017)， September 25-29 (2017)， Garden Hotel Suzhou， Suzhou， China ， P-23.