2019 Fiscal Year Annual Research Report
Research of Electron pulse compression with THz resonator and development for femtosecond visualizing technique using scanning electron microscopy
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19H00847
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
藤田 淳一 筑波大学, 数理物質系, 教授 (10361320)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
増田 秀樹 筑波大学, 数理物質系, 助教 (10707996)
早田 康成 筑波大学, 数理物質系, 教授 (80837469)
吉田 昭二 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (90447227)
嵐田 雄介 筑波大学, 数理物質系, 助教 (30715181)
羽田 真毅 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (70636365)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | フェムト秒レーザー / 表面プラズモン / 走査透過電子顕微鏡 / 超高速可視化 / テラヘルツ波 / 電子波パルス / パルス幅圧縮 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、フェムト秒オーダーの低加速超短パルス電子ビームを用いた走査型電子顕微鏡光学系を構築し、実空間におけるNEMSスイッチング素子の超高速変位や、電荷、プラズモン等の移動などの超高速現象を、走査電子顕微鏡のストロボ画像として取得可能とする超高速可視化技術を創出しようとしている。
本年度は、走査電子顕微鏡を整備し、外部からのフェムト秒レーザーやTHzレーザーを入射させるための大気側光学系、ならびに装置内真空系光学系の構築を行った。また、THzプラズモンを用いた電子エネルギーの圧縮状況を可視化するために、顕微鏡内装着型のMCPと高感度撮像系を独自に開発した。
さらに、フェムト秒レーザによる電子波パルス発生の前準備として、電子波バイプリズムを応用した電界変調型電子波パルス照射系を構築して、予備実験を開始した。電気的に高周波パルス200MHｚをバイプリズムに印加して、10ナノ秒の電子波パルスを作り出した。この電子波パルスを用いて、数MHzで共振するSiカンチレバーの機械的振動をストップモーションとして高速可視化できることを実証した。
また、THzプラズモンと結合させて電子波エネルギーの圧縮を行うためのバタフライ型オリフィスも設計デザインと制作は完了している。あとは、実際にTHz波の照射実施を待つばかりであったが、今般のコロナ感染拡大の影響で、ヨーロッパおよびロシアからのTHz工学部品が輸入できず、実験が遅延している。国際流通が正常化し次第に、THzの超短プラズモン共鳴器の動作、電子波パルス圧縮による超高速速走査電子顕微鏡技術の実証を進めていく。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
フェムト秒レーザー装置は、ほぼ予定通りに導入でき、その動作も検証できた。
しかし、今般のコロナ感染問題が発生し、ヨーロッパおよびロシアからのTHz光学部品の入手が２月末以来完全に途絶えてしまっている。このために、当初予定していた、THz波の発生とTHz波照射によるプラズモン発生効率検証、さらには、THz波プラズモンによる電子線エネルギー圧縮実験が停止状態となってしまっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究推進の方針そのものに、変更はない。2019年度で実施したように、電子バイプリズムを電気的に高周波パルスで駆動すれば、極細のカンチレバーの動作周波数、約数MHz程度の高速振動現象を可視化できることは検証した。あとは、実際にTHz光学系を整備して、電子バイプリズム、もしくは、電子銃への直接励起、さらには、プラズモン結合型オリフィスを用いての電子パルス圧縮を順を追って検証していく。これらの基本原理実証ができた段階で、実際のプラズモン伝搬や高速MEMSスイッチの動作可視化を実証していく。
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