| Project/Area Number |
21H04637
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 28:Nano/micro science and related fields
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
Kuwahara Makoto 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 教授 (50377933)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
桑原 彰太 東邦大学, 理学部, 准教授 (10612658)
石田 高史 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 助教 (60766525)
飯田 敦夫 名古屋大学, 生命農学研究科, 助教 (90437278)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2025-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥41,860,000 (Direct Cost: ¥32,200,000、Indirect Cost: ¥9,660,000)
Fiscal Year 2024: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2023: ¥8,970,000 (Direct Cost: ¥6,900,000、Indirect Cost: ¥2,070,000)
Fiscal Year 2022: ¥13,130,000 (Direct Cost: ¥10,100,000、Indirect Cost: ¥3,030,000)
Fiscal Year 2021: ¥13,390,000 (Direct Cost: ¥10,300,000、Indirect Cost: ¥3,090,000)
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| Keywords | オペランド計測 / ナノ材料 / 生体高分子 / 電子顕微鏡 / 時間分解 / スピン / ベイズ推定 / 半導体 |
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| Outline of Research at the Start |
ナノ電子プローブのパルス特性を発展させ、試料環境と同期した高輝度パルス電子線を応用した高速オペランドイメージング法の研究を進める。これにより、マイクロ秒を超えるナノ構造解析へと高度化することで、高速オペランド計測を介した実動作デバイスの逐次計測を実現し、時間的に変調する外部刺激に対するナノ物質の過渡現象の解明が可能となる。
また、動的なナノ構造解析を通してナノレベルで発現する構造変化を可視化し、局所的な電荷分布やエネルギー緩和過程、相転移などの学理的解明を目指す。さらに、非固定物質の計測を可能にし、生体高分子材料の非破壊、非固定計測を実現し、生体物質の構造機能解明を加速する。
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| Outline of Final Research Achievements |
We succeeded in developing an operando measurement method with nanometer and tens picosecond spatiotemporal resolution using a pulsed scanning electron beam. We achieved high-speed operando measurements of various materials, such as laser-induced structural changes of nanoparticles, plasmon relaxation processes, and the electric field and I-V characteristics of PN junctions under laser irradiation. We also realized single-shot serial NBD and single-shot 4D-STEM, enabling damage-free structural analysis and operando STEM imaging of photo-induced phase transition materials.
We revealed thermal expansion and the rotation of two-dimensional materials by using time-resolved measurement of Moire fringes. We also established an electron microscopic method for fish biological tissues, verified the electron beam damage effect on polymeric materials, and demonstrated the extraction of dynamic components from time-resolved image data.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
試料環境と同期したピコ秒高輝度パルス電子線を応用した高速オペランドイメージング法を実現し、マイクロ秒を超えるナノ構造解析を可能にした。これにより、実動作デバイスの逐次計測が可能となり、時間変動する外部刺激に対するナノ物質の過渡現象の解明が可能になった。また、動的なナノ構造解析を通してナノレベルで発現する構造変化を可視化し、局所的な電荷分布やエネルギー緩和過程、相転移などの学理的解明が可能となった。
ガス中・液中の非固定物質のナノ計測、生体高分子材料の非破壊、非固定計測に対して適応可能性を示しており、ナノデバイスや触媒材料科学、生体物質の構造機能解明など幅広い分野の発展に貢献が期待される。
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