世界最高水準のナノスケール解析を実現するナノワイヤプローブの開発

ナノスケールの化学構造を「見える化」

国立研究開発法人産業技術総合研究所（以下「産総研」）と北海道大学の研究チームが、新たな近接場プローブ「ナノワイヤプローブ」を開発しました。これは、原子間力顕微鏡（AFM）と赤外分光法（IR法）を組み合わせたAFM-IR技術の空間分解能と検出感度を向上させ、ナノスケールの化学構造解析を実現するものです。

開発の背景

近年、材料やデバイスの性能を向上させるためには、ナノスケールでの化学構造の解析が重要だと認識されています。しかし、従来の赤外分光法では空間分解能が不足し、ナノ構造の詳細な解析が難しい状況でした。特に、AFM-IR技術は、従来のプローブの構造上、針先の径が約50nmに制限されるため、ナノ材料の微細な部分を捉えることができずにいました。この限界を打破するため、研究チームは新たなプローブに取り組みました。

ナノワイヤプローブの特長

新たに開発されたナノワイヤプローブは、化学合成された貴金属ナノワイヤを針先に取り付けることで、10nm以下の空間分解能を実現しています。これは、特異な赤外光の近接場効果を生かすことで、従来のプローブよりも高い検出感度を持つことができるからです。また、ナノワイヤの特性を活用することで、安定した性能を維持しつつ、より柔軟な応用が可能になります。

ナノスケール解析の応用

今回の研究では、さまざまなナノ素材の特性を測定し、ナノワイヤプローブの優れた性能を確認しました。例として、ポリスチレンと低密度ポリエチレンからなる相分離フィルムや、酸化グラフェンの端部周辺の測定が挙げられます。特に、二本鎖DNAを明確に可視化することに成功し、ナノワイヤプローブが生体分子レベルでの解析も可能であることを示しました。