在JST的戰略性創造研究推進事業中，馬克斯·普朗克協會弗裏茨·哈柏研究所的研究小組新開發了一項技術，可利用聚焦離子束（FIB）對掃瞄探針顯微鏡使用的探針實施奈米加工，並精確控制探針尖端產生的奈米級光線。
要想查明非均相觸媒的反應機制，就要調查作爲固體表面反應活性位的局部結構和分子的動態行為，因此需要開發超過光線繞射極限的奈米級成像法，以及可以從微小區域獲得光譜的顯微分光法。作爲在這種空間極限進行測量的方法，可以使用掃描型近場光顯微鏡，這種顯微鏡利用能在尖銳的金屬探針針尖產生的奈米級光「近場光」進行測量。金或銀等材質的探針針尖經過局部表面電漿的激發會產生強近場光，控制這種近場光是奈米成像和奈米顯微分光的基本技術。
研究小組利用FIB在尖銳的金探針針尖形成了細結構。實驗結果顯示，可以透過法布里·珀羅干擾，調變針尖產生的近場光的光譜，能作爲傳播型表面電漿的諧振器使用（圖1）。
圖1：實驗示意圖
圖2a是利用FIB進行奈米加工後的金探針的電子顯微鏡照片。研究小組首先製作了非常尖銳、而且表面達到奈米級平坦的探針，然後在距離針尖數微米的位置形成溝槽結構。並在實施了奈米加工的探針與達到原子級平坦的銀單晶表面形成奈米結。之後，利用自主開發的高精度光量子掃描隧道顯微鏡（Photon STM）測量STM發光，直接觀察了奈米空間產生的近場光的光譜（圖2b）。
圖2：利用FIB進行奈米加工的STM探針的發光光譜
圖2c是利用實施了FIB加工的探針獲得的STM發光光譜。可以看出，形成溝槽結構時，光譜受到了週期性的調變。從圖2d的電場類比結果可以看出，光譜調變是由傳播型表面電漿的法布里·珀羅干擾（產生駐波）引起的。另外還發現，光譜調變會根據溝槽的位置發生變化，這表明，透過控制探針的結構，可以操控發光光譜。要對物質表面吸附的分子進行高精度顯微分光，這種近場光的光譜控制是不可或缺的技術。
研究小組今後計劃利用這項新技術，開發能直接觀察物質表面吸附的分子的結構和反應動態的尖端測量技術，以查明非均相觸媒和電漿觸媒的機制。（日文發佈全文）
文：JST客觀日本編輯部
