2021 Fiscal Year Research-status Report
超高速コヒーレント電子ビーム生成による時間分解位相イメージング
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20K15174
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
畑中 修平 大阪大学, 超高圧電子顕微鏡センター, 技術職員 (30838503)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | コヒーレンス / 超高速電子顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、電子顕微鏡の電子源として使用される熱電子銃、電界放出電子銃およびフォトカソードについて電子ビームの空間コヒーレンスを定量評価および、フォトカソードを用いた位相イメージングへの応用を目指している。本年度は、異なる電子源の比較のため空間コヒーレンス測定に基づいた輝度算出および、フォトカソードを備えている超高速電子顕微鏡の開発に取り組んだ。
ビームの空間コヒーレンスは透過電子顕微鏡のレンズ系にも依存するため、異なる電子源の直接比較は困難である。そこで、保存量である電子源の輝度を求めるため、ビームの位相空間分布に着目した。昨年度実施したAiry patternの強度分布解析によるコヒーレンス測定の結果、透過電子顕微鏡の制限視野絞り内のコヒーレンス関数、強度分布、レンズ収差による位相分布が求まっている。これらの情報を用いて、ビームの密度演算子を求め、密度演算子から位相空間分布であるWigner関数を計算した。位相空間分布から、従来よりも正確に電子源の輝度を算出可能になった。
フォトカソードのコヒーレンス測定に向けて、超高速電子顕微鏡の開発と装置性能の評価を実施した。具体的には、効率的な測定を実現するため自動測定プログラムを開発した。開発したプログラムを用いて、光誘起相転移材料である五酸化チタンについて、電子回折図形を時間分解測定した。ピコ秒オーダーで光誘起相転移の観察に成功し、時間分解測定が可能であることを実証した。
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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
熱電子銃について電子ビームの空間コヒーレンスを定量評価した結果は、論文に投稿し受理された。異なる電子源について、透過電子顕微鏡のレンズ系に依存せずに比較するため、位相空間分布の計算手法を確立し、従来よりも正確に輝度の測定が可能となった。Airy patternの強度分布解析による空間コヒーレンス評価と、それに基づいた輝度算出法を用いることで、フォトカソードのコヒーレンス測定により他の電子源との比較が可能な状況になった。
フォトカソードを用いた超高速電子顕微鏡の開発を進め、自動測定プログラムを実装した。このプログラムを用いて時間分解測定を実現し、ピコ秒オーダーの時間分解能であることを実証した。フォトカソードについて、空間コヒーレンス測定に取り組める段階となった。
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| Strategy for Future Research Activity |
Airy patternの強度分布解析によるコヒーレンス評価に基づいた、位相空間分布および輝度の計算について結果をまとめ、論文の執筆を進めて投稿する。また、超高速電子顕微鏡を用いて時間分解測定した五酸化チタンの光誘起相転移について、実験結果の解析および理論的な考察を進めて、論文を執筆する。
今後、超高速電子顕微鏡について電子ビームのコヒーレンス評価の準備を進め、Airy patternを撮影する。また、フォトカソードはこれまでの非干渉性電子源とは性質が異なると考えられるため、解析に必要な理論的検討についても進める。
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| Causes of Carryover |
3月の学会が新型コロナウィルスの影響によりオンライン開催に変更となった。そのため出張にかかる経費を繰り越した。次年度の学会の旅費として使用予定である。
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