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Development of low-dose atomic resolution STEM imaging method

Research Project

Project/Area Number 20H00301
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Medium-sized Section 26:Materials engineering and related fields
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

柴田 直哉  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (10376501)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 関 岳人  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (90848558)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2021-03-31
Project Status Discontinued (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥44,590,000 (Direct Cost: ¥34,300,000、Indirect Cost: ¥10,290,000)
Fiscal Year 2020: ¥11,050,000 (Direct Cost: ¥8,500,000、Indirect Cost: ¥2,550,000)
Keywords走査型透過電子顕微鏡 / 超低ドーズ観察 / 原子構造 / 無期・有機材料 / 無機・有機材料
Outline of Research at the Start

本研究では, サブÅ空間分解能を有する走査型透過電子顕微鏡と分割型検出器を高度に融合することにより, かつてない超高感度原子イメージング手法を開発する. これにより, これまでは電子線照射損傷によりその直接観察が困難であった様々な無機・有機材料の原子・分子構造を超低ドーズ条件で直接観察する新たな手法を確立する. 更にこの手法を無機・有機材料局所構造解析に積極的に応用することによって, これまで原子レベルの解析が極めて困難であった無機・有機材料における表面・界面現象を原子レベルから解明する.

Outline of Annual Research Achievements

本年度は以下の成果を得た。
本年度は、既存の16分割型検出器を用いて, 位相コントラスト伝達関数のS/N比を最大化するような各セグメント像の重み付け演算手法を検討し、低ドーズでも極めて高いコントラストで原子分解能像が得られる新たなSTEM手法(OBF法)の開発に成功した。また、この手法を実際の実験に応用し、Li系正極材料中のLi原子を他の明視野STEM法に比べて高いS/Nで結像できることを実証した。また、上述のOBF法を他のSTEM位相イメージング法(BF, ABF, DPC, タイコグラフィーなど)とPCTFを用いて定量的に相対比較し、広い空間周波数に渡ってOBF法が少ない電子数でも高コントラストに観察できる優位性を有することを実証した。更にOBF法を実時間観察に用いるためのアルゴリズムを開発し、実際の実験ソフトウエアに実装して検証を行った。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2020 Comments on the Screening Results   Annual Research Report
  • Research Products

    (3 results)

All 2021 2020

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (1 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Ultra-high contrast STEM imaging for segmented/pixelated detectors by maximizing the signal-to-noise ratio2021

    • Author(s)
      K. Ooe, T. Seki, Y. Ikuhara, N. Shibata
    • Journal Title

      Ultramicroscopy

      Volume: 220 Pages: 113133-113133

    • DOI

      10.1016/j.ultramic.2020.113133

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Toward quantitative electromagnetic field imaging by differential-phase-contrast scanning transmission electron microscopy2021

    • Author(s)
      T. Seki, Y. Ikuhara, N. Shibata
    • Journal Title

      Microscopy

      Volume: 70 Issue: 1 Pages: 148-160

    • DOI

      10.1093/jmicro/dfaa065

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 微分位相コントラストSTEM法による材料局所電磁場解析2020

    • Author(s)
      柴田直哉
    • Organizer
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Invited

URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2021-12-27  

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