2016 Fiscal Year Annual Research Report
電子ビーム波動関数の操作による革新的ビーム制御技術の創成
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26287066
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| Research Institution | Saitama Institute of Technology |
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Principal Investigator |
内田 正哉 埼玉工業大学, 付置研究所, 教授 (80462662)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
齋藤 晃 名古屋大学, 学内共同利用施設等, 教授 (50292280)
下条 雅幸 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (00242313)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 粒子線 / 量子ビーム / 電子ビーム / 波動関数 / 位相 / 軌道角運動量 / スピン / ボルテックス（特異点） |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、軌道角運動量をもつ電子ビームの研究を発展させ、新しい伝播モードをもつ電子ビームの生成を、電子ビームの波動関数（位相およびスピン）を操作することにより行なうことを目的に研究を遂行している。平成28年度の主な成果は、以下の通りである。
１．昨年度の円環スリットによる電子ベッセルビームの生成成功に続き、ボルテックス（軌道角運動量）を有する電子ベッセルビームを生成するため、多角形スリットによる方法を考案した。多角形スリットの場合の伝播シミュレーションを行なうことで回折スリットの最適化設計を行い、最適化した多角形スリット（5角形、6角形）を集束イオンビーム装置を用いて作製した。作製した多角形スリットを透過型電子顕微鏡に搭載、実験を行い、ボルテックス（軌道角運動量）をもつ電子ベッセルビームの生成を確認した。多角形スリットによるベッセルビームの生成は、我々の知る限り光学分野でも報告のない成果であり、論文として纏め、国際誌に掲載受理された。この電子ビーム特徴は、非回折性およびボルテックスを有することに加え、いわゆる「光格子」のように電子（およびボルテックス）が格子状に分布した「電子格子ビーム」となっていることである。この特徴を利用した今後の展開が大いに期待される。
２．研究の進展により、電子ビームの軌道角運動量の新しい検出方法、検出器の開発が必要かつ重要なキーであることが分かってきた。このため、当初の予定にはなかった「ダンマン渦回折格子」をベースにした軌道角運動量検出器の開発を行った。「ダンマン渦回折格子」は回折次数によらず、回折強度が等しくなるように設計した特殊な回折格子である。シミュレーション、予備実験では、軌道角運動量の分散測定に成功している。
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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、主に3つの課題に取り組んだ。そのうち、
１）多角形スリットによるボルテックス（軌道角運動量）をもつ電子ベッセルビームの生成については予定以上に早く達成することができ、論文発表となった。
２）軌道角運動量をもつ電子ビームと磁場・電場、物質との相互作用の研究には、軌道角運動量の新しい検出方法、検出器の開発が必要となることが分かったこともあり、一時中断している。
３）軌道角運動量の検出器開発を重点的に進めており、一部の成果は、国内の学会で発表を行う予定となっている。
以上のとおり、目標以上の達成をできた課題がある一方で、遅れが認められる課題もあるが、全体計画の想定内であり、「おおむね順調に進展している」と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、ボルテックス（軌道角運動量）をもつ「電子格子ビーム」を用いて、物質との相互作用について重点的に調べる。これと同時に、イメージングや結晶構造解析、分光測定、電子ピンセットなどでの応用も目指す。さらに、これまで作製した光学素子を名古屋大学の有するスピン偏極電子顕微鏡への搭載も行う。また、電子ビームの軌道角運動量検出器の開発も加速させる。
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| Causes of Carryover |
未使用額が生じた理由は、当初の予定にはなかった新しい検出器の開発が必要であることが分かり、装置設計及び計画を変更し、これに伴う予算執行計画を変更したことによるものである。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度の請求額と合わせての執行計画は以下のとおりである。
装置設計及び計画変更後の実験のための器材の購入を予定している。また、国内研究会、国際会議での発表のための旅費での使用を予定している。
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