Studies of the production of electron vortex beams and their interaction with chiral materials

• Project/Area Number: 23241036
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Nanomaterials/Nanobioscience
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: KOH Saitoh 名古屋大学, エコトピア科学研究所, 准教授 (50292280)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): TANAKA Nobuo 名古屋大学, エコトピア科学研究所, 准教授 (40126876) ; YOSHIDA Kenta 名古屋大学, 高等研究院(エコ), 特任助教 (10581118) ; UCHIDA Masaya 埼玉工業大学, 附置研究所, 准教授 (80462662)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥50,570,000 (Direct Cost: ¥38,900,000、Indirect Cost: ¥11,670,000); Fiscal Year 2013: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2012: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2011: ¥40,560,000 (Direct Cost: ¥31,200,000、Indirect Cost: ¥9,360,000)
• Keywords: 電子顕微鏡 / らせん波 / 軌道角運動量 / 位相特異点 / ボルテックス / 渦 / 電子らせん波 / 円二色性 / キラリティー

Research Abstract

1) Forked gratings and spiral zone plates for electron beams were nano-fabricated and introduced into electron microscopes. We confirmed that a spiral zone plate introduced into the condenser lens system of an electron microscope produced an electron vortex beam carrying an orbital angular momentum of 90h. 2) Young's double slit experiment was conducted using two electron vortex beams with different orbital angular momenta. It was confirmed that the two electron vortex beams are interfered with each other irrespective of their orbital angular momenta. 3) We confirmed that a forked grating transfers not only linear (transverse) momentum but also orbital angular momentum. 4) Electron vortex beams were illuminated to nano particles deposited on graphene and Si3N4 thin files to study the manipulation of the nano particles using the electron vortex beams.

Research Products

• [Journal Article] Nano-scale characterization of GaAsP/GaAs strained superlattice structure by nano-beam electron diffraction (2014)
  • Author(s): Xiuguang Jin, Hirotaka Nakahara, Koh Saitoh, Nobuo Tanaka, and Yoshikazu Takeda
  • Journal Title: Appl. Phys. Lett. Volume: VOL. 104 Issue: 11 Pages: 113106-113106
  • DOI: 10.1063/1.4869030
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Propagation Dynamics of Electron Vortex Pairs (2013)
  • Author(s): Y. Hasegawa, K. Saitoh, N. Tanaka, and M. Uchida
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 82 Pages: 073402-073402
  • NAID: 210000132625
• [Journal Article] Measuring the Orbital Angular Momentum of Electron Vortex Beams Using a Forked Grating (2013)
  • Author(s): K. Saitoh, Y. Hasegawa, K. Hirakawa, N. Tanaka, and M. Uchida
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 111 Pages: 74801-74801
• [Journal Article] Propagation Dynamics of Electron Vortex Pairs (2013)
  • Author(s): Yuya Hasegawa, Koh Saitoh, Nobuo Tanaka, and Masaya Uchida
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 82 Issue: 7 Pages: 73402-73402
  • DOI: 10.7566/jpsj.82.073402
  • NAID: 210000132625
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Measuring the Orbital Angular Momentum of Electron Vortex Beams Using a Forked Grating (2013)
  • Author(s): Koh Saitoh, Yuya Hasegawa, Kazuma Hirakawa, Nobuo Tanaka, and Masaya Uchida
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 111 Issue: 7 Pages: 74801-74801
  • DOI: 10.1103/physrevlett.111.074801
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] らせん状の波面をもつ電子波の生成、伝播、干渉 (2013)
  • Author(s): 齋藤晃、長谷川裕也、内田正哉
  • Journal Title: 顕微鏡 Volume: ４８ Pages: 39-46
  • NAID: 10031176529
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Improvement of the precision of lattice parameter determination by nano-beam electron diffraction (2013)
  • Author(s): K. Saitoh, H. Nakahara, and N. Tanaka
  • Journal Title: Microscopy Volume: 62 Issue: 5 Pages: 533-539
  • DOI: 10.1093/jmicro/dft023
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Key factors for the dynamic ETEM observation of single atoms (2013)
  • Author(s): K. Yoshida, T. Tominaga, T. Hanatani, A. Tagami, Y. Sasaki, J. Yamasaki, K. Saitoh, and N. Tanaka
  • Journal Title: Microscopy Volume: 62 Issue: 6 Pages: 571-582
  • DOI: 10.1093/jmicro/dft033
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Phase-locking of oscillating images using laser-induced spin-polarized pulse TEM (2013)
  • Author(s): M. Kuwahara, Y. Nambo, S. Kusunokk, X. Jin, K. Saitoh, H. Asano, T. Ujihara, Y. Takeda, T. Nakanishi, and N. Tanaka
  • Journal Title: Microscoopy Volume: 62 Issue: 6 Pages: 607-614
  • DOI: 10.1093/jmicro/dft035
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Young's interference experiment with electron beams carrying orbital angular momentum (2013)
  • Author(s): Yuya Hasegawa
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 82 Issue: 3 Pages: 33002-33002
  • DOI: 10.7566/jpsj.82.033002
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Production of electron vortex beams carrying large orbital angular momentum using spiral zone plates (2012)
  • Author(s): K. Saitoh, Y. Hasegawa, N. Tanaka, and M. Uchida
  • Journal Title: Journal of Electron Microscopy Volume: 61 Pages: 171-177
• [Journal Article] Young's Interference Experiment with Electron Beams Carrying Orbital Angular Momentum (2012)
  • Author(s): Y. Hasegawa, K. Saitoh, N. Tanaka, S. Tanimura and M. Uchida
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 82 Pages: 33002-33002
  • NAID: 210000132432
• [Journal Article] Electron Interference From an Amorphous Thin Film on a Crystal Transmission Electron Microscopy Specimen (2012)
  • Author(s): R. A. Herring
  • Journal Title: J. Electron Microsc. Volume: 61 Issue: 1 Pages: 17-23
  • DOI: 10.1093/jmicro/dfr087
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 2つの渦を含む電子ビームの伝播ダイナミックス (2014)
  • Author(s): 齋藤晃、長谷川裕也、田中信夫、内田正哉
  • Organizer: 日本物理学会 第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学湘南キャンパス
• [Presentation] 電子らせん波の照射によるナノ粒子の挙動の研究 (2014)
  • Author(s): 平川和馬、齋藤晃、吉田健太、田中信夫、佐々木祐生、北浦良、篠原久典
  • Organizer: 日本物理学会 第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学湘南キャンパス
• [Presentation] らせん状の波面をもつ電子波の生成 (2014)
  • Author(s): 齋藤晃
  • Organizer: 第1回 軌道角運動量を持つ電子ビームに関する研究会
  • Place of Presentation: 京大エネルギー理工学研究所
  • Invited
• [Presentation] ２つの渦を含む電子ビームの伝播ダイナミックス (2014)
  • Author(s): 齋藤晃、長谷川裕也、田中信夫、内田正哉
  • Organizer: 日本物理学会 第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学湘南キャンパス
  • Invited
• [Presentation] 電子線内殻励起非弾性散乱をもちいたSmBaMn2O6の電荷軌道秩序解析 (2014)
  • Author(s): 十朱洋平、齋藤晃、田中信夫、竹中康司
  • Organizer: 日本物理学会 第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学湘南キャンパス
• [Presentation] 電子らせん波の照射によるナノ粒子の挙動の研究 (2014)
  • Author(s): 平川和馬、齋藤晃、吉田健太、田中信夫、佐々木祐生、北浦良、篠原久典
  • Organizer: 日本物理学会 第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学湘南キャンパス
• [Presentation] 電子らせん波の生成および伝播特性の研究 (2013)
  • Author(s): 齋藤晃、長谷川裕也、平川和馬、田中信夫、内田正哉
  • Organizer: 日本顕微鏡学会超分解能電子顕微鏡分科会第8回研究会 「vortexビームとその可能性」
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2013-03-04
  • Invited
• [Presentation] Production, propagation and interference of electron vortex beams (2013)
  • Author(s): K. Saitoh
  • Organizer: Microscopical Society of Canada, Annual Meeting 2013
  • Place of Presentation: Victoria, Canada
  • Invited
• [Presentation] 2つの位相特異点をもつ電子らせん波の生成および伝播特性 (2013)
  • Author(s): 齋藤晃、長谷川裕也、田中信夫、内田正哉
  • Organizer: 日本顕微鏡学会第69回学術講演会
  • Place of Presentation: 吹田
• [Presentation] フォーク型回折格子をもちいた電子らせん波の軌道角運動量計測 (2013)
  • Author(s): 齋藤晃、長谷川裕也、平川和馬、田中信夫、内田正哉
  • Organizer: 日本顕微鏡学会第69回学術講演会
  • Place of Presentation: 吹田
• [Presentation] 軌道角運動量を持っ電子の発生と干渉、そして将来の応用 (2013)
  • Author(s): 齋藤晃、長谷川裕也、平川和馬、田中信夫、内田正哉
  • Organizer: 2013年ビーム物理研究会、ならびに若手の会
  • Place of Presentation: 沖縄科学技術大学院大学
• [Presentation] "Highly precise lattice-parameter determination by nano-beam electron diffraction (2013)
  • Author(s): K. Saitoh, H. Nakahara, K. Doi, and N. Tanaka
  • Organizer: International Symposium on EcoTopia Science 2013
  • Place of Presentation: Nagoya
• [Presentation] Development of spin-polarized transmission electron microscope (2013)
  • Author(s): M. Kuwahara, S. Kusunoki, Y. Nambo, K. Sameshima, K. Saitoh, T. Ujihara, H Asano, Y Takeda, T Nakanishi and N Tanaka
  • Organizer: 9th International Symposium on Atomic Level Characterizations for New Materials and Devices ‘13
  • Place of Presentation: Hawaii, USA
• [Presentation] ABF-STEMをもちいたAl-Ni-Ruデカゴナル準結晶および近似結晶の構造の研究 (2013)
  • Author(s): 齋藤晃、横山大樹、田中信夫、高倉洋礼、杉山 和正
  • Organizer: 日本顕微鏡学会第69回学術講演会
  • Place of Presentation: ホテル阪急エキスポパーク
• [Presentation] 2つの位相特異点をもつ電子らせん波の生成および伝播特性 (2013)
  • Author(s): 齋藤晃、長谷川裕也、田中信夫、内田正哉
  • Organizer: 日本顕微鏡学会第69回学術講演会
  • Place of Presentation: ホテル阪急エキスポパーク
• [Presentation] フォーク型回折格子をちいた電子らせん波の軌道角運動量計測 (2013)
  • Author(s): 齋藤晃、長谷川裕也、平川和馬、田中信夫、内田正哉
  • Organizer: 日本顕微鏡学会第69回学術講演会
  • Place of Presentation: ホテル阪急エキスポパーク
• [Presentation] 電子ベッセルビームの生成および伝播特性 (2013)
  • Author(s): 齋藤晃、平川和馬、田中信夫、内田正哉
  • Organizer: 日本顕微鏡学会第69回学術講演会
  • Place of Presentation: ホテル阪急エキスポパーク
• [Presentation] 水素ガスがアモルファスカーボン膜担持した白金微粒子に及ぼす影響 (2013)
  • Author(s): 張 旭東，吉田 健太，齋藤 晃，田中 信夫
  • Organizer: 日本顕微鏡学会第69回学術講演会
  • Place of Presentation: ホテル阪急エキスポパーク
• [Presentation] 電子ベッセルビームの生成および自己修復性の検証 (2013)
  • Author(s): 平川 和馬, 齋藤 晃,田中 信夫, 内田 正哉
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島大学常三島キャンパス
• [Presentation] スピン偏極透過電子顕微鏡による電子線空間干渉性 (2013)
  • Author(s): 楠 総一郎, 桑原 真人, 宇治原 徹, 浅野 秀文, 竹田 美和, 齋藤 晃, 田中 信夫
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島大学常三島キャンパス
• [Presentation] 電子線内殻励起非弾性散乱をもちいたNd0.5Sr0.5MnO3の電荷軌道秩序解析 (2013)
  • Author(s): 十朱洋平, 齋藤晃, 田中信, 竹中康司
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島大学常三島キャンパス
• [Presentation] スピン偏極パルスTEM (2013)
  • Author(s): 桑原真人, 楠総一郎, 南保由人, 鮫島健輔, 齋藤晃, 宇治原徹, 浅野秀文, 竹田美和, 田中信夫
  • Organizer: 日本顕微鏡学会第57回シンポジウム
  • Place of Presentation: ウインクあいち
• [Presentation] 電子線内殻励起非弾性散乱を用いたNd0.5Sr0.5MnO3の電荷軌道秩序解析 (2013)
  • Author(s): 十朱洋平, 桃井浩太, 齋藤晃, 竹中康司, 田中信夫
  • Organizer: 日本顕微鏡学会第57回シンポジウム
  • Place of Presentation: ウインクあいち
• [Presentation] 軌道角運動量を持つ電子の発生と干渉、そして将来の応用 (2013)
  • Author(s): 齋藤晃、長谷川裕也、平川和馬、田中信夫、内田正哉
  • Organizer: 2013年ビーム物理研究会、ならびに若手の会
  • Place of Presentation: 沖縄科学技術大学院大学
  • Invited
• [Presentation] 電子らせん波の生成および伝播特性の研究 (2013)
  • Author(s): 齋藤晃、長谷川裕也、平川和馬、田中信夫、内田正哉
  • Organizer: 日本顕微鏡学会超分解能電子顕微鏡分科会 第8回研究会 「vortexビームとその可能性」
  • Place of Presentation: 東京
  • Invited
• [Presentation] 電子らせん波の相互干渉による位相観察 (2012)
  • Author(s): 齋藤晃、長谷川裕也、田中信夫、内田正哉
  • Organizer: 日本物理学会第67回年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大学
  • Year and Date: 2012-03-27
• [Presentation] スパイラルゾーンプレートによる電子らせん波の生成 (2012)
  • Author(s): 長谷川裕也、齋藤晃、田中信夫、内田正哉
  • Organizer: 日本物理学会第67回年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大学
  • Year and Date: 2012-03-27
• [Presentation] Production of electron vortex beams using fork-like gratings and spiral zone plates and their propagating properties (2012)
  • Author(s): K. Saitoh, Y. Hasegawa, K. Hirakawa, N. Tanaka and M. Uchida
  • Organizer: The 3rd International Symposium on Advanced Microscopy and Theoretical Calculations
  • Place of Presentation: Gifu
• [Presentation] Propagation of electron vortices (2012)
  • Author(s): M. Uchida, K. Saitoh, Y. Hasegawa, K. Hirakawa, N. Tanaka
  • Organizer: Tonomura FIRST International Symposium on "Electron Microscopy and Gauge Fields"
  • Place of Presentation: Tokyo
• [Presentation] Electron vortex pair produced with a nano-fabicated holographic grating (2012)
  • Author(s): M. Uchida, Y. Hasegawa, K. Saitoh and N. Tanaka
  • Organizer: A Joint Meeting of the Asian Crystallographic Association
  • Place of Presentation: Adelaide
• [Presentation] スパイラルゾーンプレートによる大きな軌道角運動量をもつ電子らせん波の生成 (2012)
  • Author(s): 齋藤晃、長谷川裕也、田中信夫、内田正哉
  • Organizer: 日本顕微鏡学会第68回学術講演会
  • Place of Presentation: つくば
• [Presentation] 電子らせん波をもちいたヤングの干渉実験 (2012)
  • Author(s): 長谷川裕也、齋藤晃、田中信夫、内田正哉
  • Organizer: 日本顕微鏡学会第68回学術講演会
  • Place of Presentation: つくば
• [Presentation] 2つの位相特異点を有する電子らせん波の生成 (2012)
  • Author(s): 長谷川裕也、齋藤晃、田中信夫、内田正哉
  • Organizer: 日本物理学会2012年秋季大会
  • Place of Presentation: 横浜
• [Presentation] フォーク型回折格子をもちいた電子らせん波の生成と空間伝播の観察 (2011)
  • Author(s): 齋藤晃、多々良美秀、田中信夫、内田正哉
  • Organizer: 日本顕微鏡学会第67回学術講演会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場
  • Year and Date: 2011-05-17
• [Remarks] 電子の基本的な性質がまた明らかに一らせん状の波面をもつ電子の物理的性質の解明