研究課題基本情報（最新年度）
研究期間
2006年度〜2007年度研究分野
審査区分
一般
研究種目
基盤研究(B)
研究機関
名古屋大学
配分額
- 総額：8790千円
- 2006年度：4500千円 (直接経費：4500千円)
- 2007年度：4290千円 (直接経費：3300千円, 間接経費：990千円)
研究概要（最新報告）
本研究で用いられる影像歪法は、透過電子顕微鏡のいわゆるLowMagモードにおいて、設計上結像に関与しない制限視野回折絞りの陰が歪む現象を用いている。
幾何光学的解析に於いては、対物レンズ及び中間レンズ系に加えて収束レンズ系の解析を行った。収束レンズ系における電子線の広がり角、及び集束点の位置が、検出感度に影響を与えることを示し、その補正パラメータを測定した。また、対物レンズによる電子線の収束、中間レンズによる結像による、拡大倍率・感度を決めるパラメータを測定した。測定結果と電極周囲への電場の広がりを考慮した計算機シミュレーションを比較した結果、測定が電場・磁場による電子線の偏向を検出することに行われている事を確認し、測定値を直接電場の値へ変換できることを証明した。また、いくつかの実用材料へ本手法を適用し、デバイス周辺の電場分布測定を行った。
一つとして、半円形の金属孔にカーボン膜が張られたものと、張られていないものの電場を比較することにより、電場分布値の平行移動成分と、局所変動成分を分割することで、試料極近傍での電場分布を抽出することに成功した。これまでの他の電場・磁場測定法に比べて、半定量的にではあるがz方向の分布を測定できることが示されたことは新しい。また、電界放出型電子銃のフィールドエミッター先端の電場分布の測定を試みた。
さらに、本研究を通じて開発された透過電子顕微鏡試料ホルダーへの電極組込技術を発展させることにより、イオン伝導体の高温での電位印加状態での相変態の観察を行うために必要なツールの開発が可能となった。また、同様の技術を発展させることによりナノギャップデバイスの動作状態を原子レベルでその場観察することが可能となり、デバイスのメカニズム解明の可能性が見えてきた。
Two well known methods are often used to observe the electric/magnetic field distribution in a transmission electron microscope (TEM). The first one is electron holography, which requires a very expensive field-emission gun TEM (FEG TEM). The other one is Lorentz microscopy Though the latter method can be performed in a conventional TEM, the image in the Fresnel mode is obtained in defocused condition and, the image in the Foucault mode is not suitable for quantitative analysis.
During in-situ electron holography experiments, we found a distortion of the image of the selected area diffraction (SAD) aperture in the very low magnification mode, celled "Low Mag" mode, while applying an external electrostatic potential to the specimen An analysis using geometrical optics for this phenomenon suggests that the distortion of the image can be correlated to the deflection of the electron beam by the electrostatic field at the level of a specimen. This method can be applied to the observation of the electric/magnetic field distribution by a conventional TEM without any additional apparatus.
Geometrical electron optics of the shadow image distortion due to electric field in a conventional TEM has been analyzed, and the optical parameters to estimate the field strength have been determined in the system not only for the objective lens and the intermediate lens but also for the condenser lenses. The electrostatic potential distribution has been calculated along the electron beam passage and then compared to the observed value. The result shows that the integral of the horizontal part of electrostatic field can be measured quantitatively.
The method we have developed has also been applied in some real materials.
For example, a half cut Cu mesh with carton film fixed to the electrode at the specimen position has been observed. The 2D-maps showing the difference of the local field distribution has teen observed in the semicircle holes with and without the conductive carbon film which normalized the field in the hole. The whole shifts of the shadow image of the grid shaped aperture correspond to the field strength upper part of the specimen Separate detection of local field distribution at the specimen position and upper/lower part of the specimen is suggested. The electric field distribution around a FEG-emitter tip has also been observed by using our method.
Through our research, several techniques to built the electrodes on to the side entry holder fir the TEM allowed us to observe the ceramics material, i.e., ceria-zirconia ceramics, in a high resolution condition at an elevated temperature. The suggested development of our technique as the results of this research will allow us to observe the atomistic mechanism of the nano-gap devices near future.
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