High efficiency STEM phase imaging using two dimensional detector

• Project/Area Number: 17H02784
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Thin film/Surface and interfacial physical properties
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture and Technology
• Principal Investigator: Minoda Hiroki 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20240757)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000); Fiscal Year 2019: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2018: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2017: ¥9,360,000 (Direct Cost: ¥7,200,000、Indirect Cost: ¥2,160,000)
• Keywords: 位相差法 / 走査型透過電子顕微鏡法 / 弱位相物体 / 位相差STEM / 2次元検出器 / 位相情報検出 / 電子顕微鏡 / 位相計測 / 薄膜位相板 / 位相板 / 透過電子顕微鏡 / 位相回復 / STEM

Outline of Final Research Achievements

We developed phase plate scanning transmission electron microscopy using two dimensional (2D) electron detector. One of the advantages to use 2D detector is to process the 4D data after acquisition. In this method we can process the data according to the scattering conditions. By detecting the electron intensities landed inside and outside the hole of the phase plate separately and processing these to cancel the background intensity, we could improve image contrast. The images of multi wall carbon nanotubes (MWCNT) obtained using two dimensional detector clearly shows this difference. We can also remove the effects of the aberration using this imaging method. This method would be use to image the biological materials and the domain structure of the functional hybrid structure composed of two different polymer materials.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

電子顕微鏡はナノ構造物質の構造解析に非常に有力な分析手法であり、様々な材料の構造情報の抽出のために用いられてきた。しかしながら、軽元素で構成されたナノメートルスケールの材料の結像においては、多くの問題があった。これは軽元素は電子との相互作用が低いことで、像コントラストが得られにくいことに由来している。
本研究課題により、ナノメートルスケールの軽元素材料に対し、従来より一ケタ程度のコントラスト向上を実現した。これにより、従来の計測方法では評価が難しかった材料の構造評価が可能になり、有機材料からなる機能性材料や生物分子の構造計測に大きな発展をもたらすと期待できる。

Research Products

• [Journal Article] Phase plate STEM imaging using two dimensional electron detector (2019)
  • Author(s): Misaki Tsubouchi and Hiroki Minoda
  • Journal Title: Microscopy and Microanalysis Volume: 25 Issue: S2 Pages: 84-85
  • DOI: 10.1017/s1431927619001156
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 位相差電子顕微鏡法による位相変調の定量評価へ向けて (2020)
  • Author(s): 坪内美沙季, 秋葉 圭一郎 , 箕田 弘喜
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] 透過型電子顕微鏡用Hole-free位相板への電圧印加効果の研究 (2020)
  • Author(s): 種田源紀, 秋葉圭一郎, 箕田弘喜
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] 2次元検出器を利用した位相差STEMイメージング (2019)
  • Author(s): 坪内美沙希 箕田弘喜
  • Organizer: 日本顕微鏡学会
• [Presentation] 2次元検出器を用いた高効率位相差 STEM イメージングの開発 (2019)
  • Author(s): 坪内美沙季, 秋葉 圭一郎 , 箕田 弘喜
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] 電子線照射による緑色蛍光タンパク質の発光変化 (2019)
  • Author(s): 池上隼太， 松井 香樹， 秋葉 圭一郎， 箕田 弘喜
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] 位相差電子顕微鏡法における位相板デザインの検討 (2018)
  • Author(s): 箕田弘喜, 大森祐哉, 柚木宏太
  • Organizer: 日本顕微鏡学会第74回学術講演会
• [Presentation] eGFPの”電子線誘起変換”の試料環境依存性について (2018)
  • Author(s): 松井香樹、秋葉圭一郎、箕田弘喜
  • Organizer: 第56回生物物理学会年次大会
• [Presentation] TEMとSTEMの基礎 (2018)
  • Author(s): 箕田弘喜
  • Organizer: 日本顕微鏡学会ソフトマテリアル研究部会第4回講演会
  • Invited
• [Presentation] Design of phase plate for high contrast imaging in phase plate scanning transmission electron microscopy (2018)
  • Author(s): H. Minoda, Y. Ohmori, K. Yunoki
  • Organizer: IMC19
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 位相差電子顕微鏡法における位相板デザインの検討 (2018)
  • Author(s): 箕田弘喜, 大森祐哉, 柚木宏太
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] 位相差透過電子顕微鏡法におけるhole-free位相板のポテンシャル制御 (2017)
  • Author(s): 箕田弘喜、山田洋輔
  • Organizer: 日本顕微鏡学会第73回学術講演会
• [Presentation] 位相差走査型透過電子顕微鏡法によるコントラスト増強 (2017)
  • Author(s): 箕田弘喜、大森裕哉
  • Organizer: 日本顕微鏡学会第73回学術講演会
• [Presentation] 位相差走査型透過電子顕微鏡を用いた生物試料の液中観察 (2017)
  • Author(s): 大森祐哉, 箕田弘喜
  • Organizer: 日本物理学会秋の2017年秋季大会