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公開番号2025112980
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-01
出願番号2024007575
出願日2024-01-22
発明の名称測定装置、観察システム、及び測定方法
出願人国立大学法人筑波大学
代理人弁理士法人酒井国際特許事務所
主分類G01Q 60/10 20100101AFI20250725BHJP(測定;試験)
要約【課題】測定対象の微細構造の状態変化を経時的に測定する測定装置を提供すること。
【解決手段】測定装置は、測定対象と相互作用する作用部材と、第1の周波数コムである第1の電磁波信号を発生する第1の信号発生装置と、第2の電磁波信号を発生する第2の信号発生装置と、参照信号を発生する第3の信号発生装置と、作用部材を測定対象と非線形接合部を形成するように配置し、第1の電磁波信号と、第2の電磁波信号とが、非線形接合部において測定対象との相互作用により発生したヘテロダインビート信号を検出する検出部と、参照信号を用いてヘテロダインビート信号から特定の周波数成分を抽出し、内包された精密分光情報を復調する位相敏感検波器と、クオーツ、又はルビジウムの遷移振動の周波数精度以上の周波数安定度を有する物質の振動を用いて、第1の電磁波信号、第2の電磁波信号、及び参照信号の周波数精度と位相とを同期させる発振器と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
測定対象と相互作用する作用部材と、
互いに隣接するスペクトル線の周波数の間隔が等間隔である複数のスペクトル線からなる第１の周波数コムである第１の電磁波信号を発生する第１の信号発生装置と、
第２の電磁波信号を発生する第２の信号発生装置と、
参照信号を発生する第３の信号発生装置と、
前記作用部材を前記測定対象と非線形接合部を形成するように配置した状態で、前記非線形接合部に入力された前記第１の電磁波信号と、前記非線形接合部に入力された前記第２の電磁波信号とが、前記非線形接合部において前記測定対象との相互作用により発生したヘテロダインビート信号を検出する検出部と、
前記参照信号を用いて前記ヘテロダインビート信号から特定の周波数成分を抽出し、内包された精密分光情報を復調する位相敏感検波器と、
クオーツ、又はルビジウムの遷移振動の周波数精度以上の周波数安定度を有する物質の振動を用いて、前記第１の電磁波信号、前記第２の電磁波信号、及び前記参照信号の周波数精度と位相とを同期させる発振器と、
を備えることを特徴とする測定装置。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記発振器は、クオーツ、ルビジウム、セシウム、イッテルビウム、ストロンチウム、又は光格子の振動を用いて、前記第１の電磁波信号、前記第２の電磁波信号、及び前記参照信号の位相を同期させることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記発振器は、クオーツ、ルビジウム、セシウム、イッテルビウム、ストロンチウム、又は光格子の振動を用いて、前記第１の電磁波信号、前記第２の電磁波信号、及び前記参照信号の周波数精度を同期させることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項４】
前記第２の電磁波信号は、前記第１の周波数コムとは異なる第２の周波数コムであって、互いに隣接するスペクトル線の周波数の間隔が等間隔である複数のスペクトル線からなる第２の周波数コムであることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項５】
前記第１の周波数コムと前記第２の周波数コムとは、
前記間隔が所定量だけ異なり、
前記第１の周波数コムを構成する複数のスペクトル線の各々は、前記第２の周波数コムを構成する複数のスペクトル線のいずれかと近接して対をなし、
対をなすスペクトル線同士の周波数の差は、互いに隣接する対のうち、対をなすスペクトル線の周波数の平均の絶対値が大きい方の対が前記所定量だけ大きい、又は小さいことを特徴とする請求項４に記載の測定装置。
【請求項６】
前記第１の周波数コムと前記第２の周波数コムは、
前記間隔が所定量だけ異なり、
互いの中心周波数が等しい周波数コムであることを特徴とする請求項４に記載の測定装置。
【請求項７】
前記第１の周波数コムと前記第２の周波数コムは、
前記間隔が所定量だけ異なり、
互いの中心周波数が所定の周波数離間している周波数コムであることを特徴とする請求項４に記載の測定装置。
【請求項８】
前記作用部材は、前記測定対象に近接して配置される尖鋭な探針であることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項９】
前記第１の電磁波信号及び前記第２の電磁波信号は、前記測定対象と前記作用部材との間に流れるトンネル電流に重畳されることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項１０】
前記ヘテロダインビート信号は、前記測定対象と前記作用部材との間に流れるトンネル電流に重畳されることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定装置、観察システム、及び測定方法に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、電子スピン検知を目的として、スピン偏極走査型トンネル電子顕微鏡（ＳＰ－ＳＴＭ：ＳｐｉｎＰｏｌａｒｉｚｅｄ－ＳｃａｎｎｉｎｇＴｕｎｎｅｌｉｎｇＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）や走査型近接場光顕微鏡（ＳＮＯＭ：ＳｃａｎｎｉｎｇＮｅａｒｆｉｅｌｄＯｐｔｉｃａｌＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）などが開発されてきている。
【０００３】
また、特許文献１には、互いに異なる周波数を有する２つの高周波信号を導入することにより、測定対象と走査型トンネル顕微鏡の探針との間に流れるトンネル電流に重畳されるヘテロダインビート信号を検出して、測定対象の電子状態等の状態を原子レベルの空間分解能で測定する技術が開示されている。特許文献１の技術では、測定対象と高周波信号との相互作用により発生する吸収、放射、励起等の周波数が未知である場合、いずれか一方の高周波信号の周波数を掃引して吸収等が起こる周波数を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２００７－１８３１０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術では、２つの高周波信号のいずれか一方の周波数を掃引して吸収等の周波数を検出する場合、測定対象の振動や回転やスピン等の微細構造の状態変化を原子分解能で経時的に測定することができなかった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、測定対象の微細構造の状態変化を経時的に測定することができる測定装置、観察システム、及び測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、測定装置は、測定対象と相互作用する作用部材と、互いに隣接するスペクトル線の周波数の間隔が等間隔である複数のスペクトル線からなる第１の周波数コムである第１の電磁波信号を発生する第１の信号発生装置と、第２の電磁波信号を発生する第２の信号発生装置と、参照信号を発生する第３の信号発生装置と、前記作用部材を前記測定対象と非線形接合部を形成するように配置した状態で、前記非線形接合部に入力された前記第１の電磁波信号と、前記非線形接合部に入力された前記第２の電磁波信号とが、前記非線形接合部において前記測定対象との相互作用により発生したヘテロダインビート信号を検出する検出部と、前記参照信号を用いて前記ヘテロダインビート信号から特定の周波数成分を抽出し、内包された精密分光情報を復調する位相敏感検波器と、クオーツ、又はルビジウムの遷移振動の周波数精度以上の周波数安定度を有する物質の振動を用いて、前記第１の電磁波信号、前記第２の電磁波信号、及び前記参照信号の周波数精度と位相とを同期させる発振器と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の一態様に係る測定装置は、前記発振器は、クオーツ、ルビジウム、セシウム、イッテルビウム、ストロンチウム、又は光格子の振動を用いて、前記第１の電磁波信号、前記第２の電磁波信号、及び前記参照信号の位相を同期させることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の一態様に係る測定装置は、前記発振器は、クオーツ、ルビジウム、セシウム、イッテルビウム、ストロンチウム、又は光格子の振動を用いて、前記第１の電磁波信号、前記第２の電磁波信号、及び前記参照信号の周波数精度を同期させることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の一態様に係る測定装置は、前記第２の電磁波信号は、前記第１の周波数コムとは異なる第２の周波数コムであって、互いに隣接するスペクトル線の周波数の間隔が等間隔である複数のスペクトル線からなる第２の周波数コムであることを特徴とする。
（【００１１】以降は省略されています）

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