2017 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, 未来材料・システム研究所, 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 – 2019-03-31
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| Keywords | 粒子線 / 量子ビーム / 電子ビーム / 軌道角運動量 / 波動関数 / 位相 / ボルテックス（特異点） / 回折格子 |
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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29年度の主な成果は、以下の通りである。
１．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、当初の研究計画にはなかった電子ビームの軌道角運動量検出器の開発を行った。今回開発した軌道角運動量検出器は、１次元フォーク型回折格子を２次元に拡張した「ダンマン渦回折格子」をベースにしたものである。「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。「ダンマン渦回折格子」の場合の伝播シミュレーションを含め詳細な検討を行い、「ダンマン渦回折格子」の設計を行った。設計の「ダンマン渦回折格子」は－10h～＋10hの各軌道角運動量成分の同時取得を可能とする。「ダンマン渦回折格子」の作製は集束イオンビーム装置を用いて行い、透過型電子顕微鏡に搭載、検出器の評価を行った。スパイラルゾーンプレートおよび磁性針によって生成した軌道角運動量をもつ電子ビームに対し、「ダンマン渦回折格子」を用いて軌道角運動量（分散スペクトル）の測定に成功した。我々の知る限り、「ダンマン渦回折格子」をベースにした電子の軌道角運動量検出はこれまでに報告がなく、本検出器を利用した今後の展開が大いに期待される。
２．軌道角運動量をもつ電子ビームを生成する新たな回折スリットパターンを得るため、ドットがひまわりの種子配列のようならせん状をしているパターン構造を数学的に調べた。この成果は国際誌論文として纏められ掲載された。このようなドットから構成されるパターンは今後の研究進展への大きな一歩となる。
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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。
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実験およびドットパターン構造の解析についての成果は、国際誌に論文発表として纏められた。
２）軌道角運動量の検出器開発を重点的に進め、「ダンマン渦回折格子」をベースにした検出方法を考案、検出器作製および評価、本検出器を用いた応用実験を実施した。一部の成果について国内外の学会で発表を行った。
３）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、検出器開発を優先した。
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、開発している軌道角運動量検出器をもちいて、電子ビームと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、電子分光測定などでの応用も目指す。さらに、作製した軌道角運動量検出器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。
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| Causes of Carryover |
[理由] 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。
[使用計画] 繰越金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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Research Products
(5 results)
