2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of electron holography in consideration of a dynamical electron diffraction for electromagnetic field analysis
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15K06419
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
赤瀬 善太郎 東北大学, 多元物質科学研究所, 講師 (90372317)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 電子線ホログラフィー / 動力学的回折効果 / 位相シフト |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、電子線の多重散乱を考慮した動力学的回折理論を用いて、結晶試料内部の電子線の位相変化をより正確に把握した解析手法を確立し、電子線ホログラフィーの適用範囲の拡張を図ることを目的としている。
試料を通過した電子線の位相は真空を通過した電子線の位相に対して変調しており、その差は結晶の平均内部ポテンシャル×試料厚さ×相互作用定数という式で近似的に計算される。さらに結晶性材料ではブラッグ条件近傍では回折の効果で位相の進み方が上式からずれることが経験的に知られているが、系統的な実験による説明はこれまでなかった。そこで本研究では楔形に加工した単結晶試料を用いて回折条件を変化させながらホログラムを撮影することで、試料厚さと回折条件の二つのパラメータに対して、電子線の位相変化を実測し、ブラッグ条件近傍における位相変化率の回折条件依存性を調査した。またこの現象を理解するために、電子の多重散乱を考慮した動力学的回折理論（Bethe法）を用いて、結晶中の波動関数を計算することで位相変化のシミュレーションを行い、実験結果と比較した。このシミュレーションプログラムは、従来電子線回折強度を計算する目的で作成していたものを、本プロジェクトにて、電子の位相変化を計算するように改造したものである。回折強度の計算では位相に関連した計算式の部分は通常省略されたものとなっている。そこで、今回の計算では結晶中の電子（物体波）の位相を省略せずに計算し、真空中を通過する電子（参照波）の位相との差（位相シフト）を求めた。この計算式を導出する過程で、これまでの平均内部ポテンシャルのみを用いた近似式において無視されていた項が明確となり、多重散乱の位相シフトへの影響が明らかとなった。
最終年度では、シミュレーションプログラムを改良するとともに実験データを整理し、国際会議での発表や、論文の執筆（投稿中）を行った。
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