阪大ら,ナノスケールで光でポリマーが動く様子観察

大阪大学と名古屋大学は,光で変形するアゾポリマー薄膜の変形過程を,高速原子間力顕微鏡を用いてナノスケールでリアルタイム観察することに初めて成功した(ニュースリリース)。

アゾポリマー薄膜は,光を照射することによって光異性化反応によりユニークな表面構造を形成するため,さまざまな光デバイスへの応用が期待されている。

しかし,形成メカニズムについては未解明な部分が多く,デバイス応用へ向けてその解明が求められていた。これまでは,アゾポリマーの表面構造を観察するために,原子レベルに先鋭な探針を二次元にスキャンしてナノスケールの空間分解能で観察できる原子間力顕微鏡が用いられてきた。

しかし,探針を二次元スキャンするのに時間がかかるため,アゾポリマー薄膜に光照射した後に,変形後の構造を観察するしかなく,どのように変形していくのかその過程を観察することは困難だった。

研究グループは,高速に探針を走査することによって動画撮影できる高速原子間力顕微鏡を用いて,変形中のアゾポリマー薄膜をリアルタイムでその場観察することに成功した。光照射中のアゾポリマーを観察するために,光照射系を組み込んだ高速原子間力顕微鏡を構築した。

これにより,光を照射された状態のアゾポリマー薄膜を,同時に高速原子間力顕微鏡で観察できるようになる。光照射によって,2つの凸構造とその間に凹構造が形成される様子を,ナノスケールの空間分解能で動画撮影することに成功した。

この動画を解析することにより,ナノレベルの精度で移動速度などを解析することが可能。また,光の偏光方向に応じて,形状が変化する様子も観察できた。

研究グループは,さらに様々な条件でアゾポリマー薄膜を観察することによって,アゾポリマー変形メカニズムの解明に貢献できるとする。

また,アゾポリマーを観察例として,光照射系を組み込んだ高速原子間力顕微鏡の有効性を示すことによって,光で応答するさまざまな試料・現象の観察に今後利用されていくとしている。

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