2021 Fiscal Year Annual Research Report
原子分解能走査型電子顕微鏡を目指したレーザー定在波による革新的収差補正装置の実現
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20H02629
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
上杉 祐貴 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (60780682)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ポンデロモーティブポテンシャル / Kapitza-Dirac効果 / レーザー / 電子レンズ / 球面収差補正 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
光ビームによる電子レンズ作用を実験的に検証するために，真空装置とレーザー装置の設計・開発に取り組んだ．いずれも材料や部品の調達が送れた影響で納品が年度内には間に合わず，実験は次年度に持ち越しとなった．装置開発に並行して，レーザー電子レンズの特性をより詳しく理解するために理論的な考察を進めた．これまで光場による電子レンズ作用の原理としてKapitza-Dirac効果にのみ着目してきたが，この現象を内包するポンデロモーティブポテンシャルの分布を考えることが本質である，という結論を得た．特に，相対論的な効果を無視できる低速電子ビームの場合には，電子レンズ作用に光ビームの偏光依存性は生じず，単にその強度分布が重要である．光定在波を成す場合や高NAで集光された光ビームの場合は，ポテンシャルの勾配が最もきつくなる条件であり，電子ビームを変調する作用が顕著に現れる．そのような条件がKapitza-Dirac効果に対応する．本年度の後半では，ベッセルビームやラゲールガウシアンビームなどの典型的な近軸光ビームをポンデロモーティブポテンシャルとして与えた際に，どのような電子レンズの特性が得られるか考察を行った．その結果，数値計算を用いずに電子レンズの焦点距離や球面収差係数を導くことができる，簡単な公式を得ることができた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度の目標であった実験装置の開発はやや遅れてしまい年度中には完成しなかった．一方で，電子光学系およびレーザー系の設計と評価に有用な，レーザー電子レンズに関する諸公式を整備することができた．準備中の原理検証実験と並行して，電子顕微鏡の実機に対していかにレーザー電子レンズの球面収差補正作用を取り入れるか，設計するための用意が整ったといえる．
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| Strategy for Future Research Activity |
原理検証実験のために準備した装置を組み上げて実験を行う．並行して，走査電子顕微鏡の実機にどのようなパラメータのレーザー電子レンズを実装すればよいか，整備したレーザー電子レンズの公式と開発した数値計算コードを駆使して決定する．最後に，本研究課題の成果として，原理実証実験の結果と数値計算による設計結果とを合わせて，原子分解能を有する走査電子顕微鏡の構成と実現可能性について議論し総括する．
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Research Products
(8 results)
