| Project/Area Number |
20K21150
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 29:Applied condensed matter physics and related fields
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| Research Institution | Japan Fine Ceramics Center |
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Principal Investigator |
平山 司 一般財団法人ファインセラミックスセンター, その他部局等, 執行理事 ナノ構造研究所副所長 (50399599)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
穴田 智史 一般財団法人ファインセラミックスセンター, その他部局等, 上級研究員 (40772380)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
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| Keywords | ２光源 / 可干渉 / 高度情報科学 / 像再生 / ダメージレス / 可干渉2光源照射 / 透過電子顕微鏡 |
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| Outline of Research at the Start |
透過電子顕微鏡観察では，試料は電子線照射によって大なり小なりダメージを受ける．本研究は，量子力学の基本的原理を活用した「干渉」によって，試料への電子線照射量を最小にして照射損傷を抜本的に回避しながら高度情報科学手法によって良質な像を得ることにより，電子線照射に弱いナノ材料の解析・評価法を格段に進歩させることを目的とする．本研究により開発する手法によって，電子線照射損傷をほとんど受けずに試料の実像を得ることができるようになる．これは全く新しいダメージレス観察法であり，透過電子顕微鏡法のみならず，すべての波動光学の領域に応用できる．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，量子力学の基本的原理を活用した「干渉」と近年非常に進歩している「高度情報科学」による情報解析によって，TEM観察における試料への電子線照射量を最小にして照射損傷を抜本的に回避しながら良質な像を得る技術を確立し，電子線照射に弱いナノ材料の解析・評価法を格段に進歩させることを目的としている．
令和２年度には，初期計画で想定した実験条件（２つの入射電子波の干渉で，電子波強度がゼロになることろに点物体を置く）ではフーリエ面上に現れる点物体の情報が，予想よりはるかに小さいことがわかった．令和３年度には「入射波強度がゼロの場所の波動場」を理論的に検討したところ，電子波の強度がゼロになるだけでなく，波動場そのものがゼロになることがわかった．このことは，そこに置かれた点物体からは散乱波が発生しないことを示唆しており，２つの平面波によって発生する２つの球面波の情報を分離結像するという本研究の手法が，簡単には成り立たないことを意味する．このため，点物体からなんらかの方法で散乱球面波を発生させる手法が望まれる．令和４年度には，「量子電子顕微鏡」と呼ばれる新しく興味深い手法について調査したが，我々の問題の解決手段にはならないことがわかった．
令和５年度には，初期計画で提案した実験を実際に電子顕微鏡を用いて行った．すなわち，試料の上方に配置されたバイプリズムで２つの平面波を形成し，カーボン膜上の微小な金粒子（数nm程度）を電子線強度の最も低いところに配置し，結像させた．金の粒子は像面において粒子として結像したが，粒子は完全な点物体ではなく，また電子波も完全可干渉でないため，初期計画で想定したような理想的な実験にはなっていない．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
「研究実績の概要」で記述したとおり，「入射波強度がゼロの場所（点物体を置く場所）」における波動場について理論的に検討した結果，強度がゼロになるだけでなく，入射波動場そのものがゼロになることがわかった．このことは，そこに置かれた点物体からは散乱波が発生しないことを示唆しており，２つの平面波によって発生する２つの球面波の情報を分離結像するという本研究の手法が，容易には成り立たないことを意味する．
令和５年度には，不完全な条件ながら，初期計画で提案した実験を実際に電子顕微鏡を用いて行った．金の粒子は像面において粒子として結像したが，粒子は完全な点物体ではなく，また電子波も完全可干渉でないため，初期計画で想定したような理想的な実験にはなっていない．
以上記述した現在の状態は，当初想定した計画よりやや遅れていると言わざるを得ない．
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| Strategy for Future Research Activity |
初期計画で想定したような完全な条件での実験は原理的に容易でないことがわかったので，不完全ながらもダメージの少ない結像方法を工夫して実験を行う．
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