ナノメートルの分解能で元素分布を調べるナノ元素顕微鏡の開発
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20H04450
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 80040:Quantum beam science-related
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
松山 成男 東北大学, 工学研究科, 教授 (70219525)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
菊池 洋平 東北大学, 工学研究科, 准教授 (50359535)
加田 渉 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (60589117)
神谷 富裕 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (70370385)
藤代 史 高知大学, 教育研究部自然科学系理工学部門, 講師 (90546269)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥16,900,000 (Direct Cost: ¥13,000,000、Indirect Cost: ¥3,900,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2021: ¥8,580,000 (Direct Cost: ¥6,600,000、Indirect Cost: ¥1,980,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
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| Keywords | ナノビーム / 元素分析 / ナノ元素顕微鏡 / 自動集束 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、イオンビームと物資との相互作用に注目し、ナノイオンビームで物質を照射し、そこからの二次放射線等を検出することにより元素顕微鏡を実現しようとするものである。そのためにまず数10nm系のナノイオンビームシステムの開発を行い、IBIL/PIXE/RBS法による、ナノの分解能での元素分布が測定できるナノ元素顕微鏡システムの開発を行う。さらに、検出感度が最も高いIBIL法に着目し、知りたい元素、化合物やそれらの持つ機能に蛍光体でマーカし、分析する事による高感度化と、元素以外の情報も取得することの可能な高機能ナノ顕微鏡の開発を行うことを目的とする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
ナノビームを得るために必要な、非点収差と寄生収差を極限まで低減することが必要である。これらを1時間以内にゼロにすることをめざし、自動焦点システムの開発を行った。非点収差をゼロにするためには、コントラスト法に基づくシステムを構築した。本システムはビーム径を測定し、理論値と測定値の差から、レンズの変化量を計算し補正する。ビーム径顔起きれば変化量を大きくすることにより、短時間での集束が可能となった。典型的な条件では、1ミクロンを達成するには、今まで、半日程度時間を要していたのが、20分程度ですむようになった。さらにビームを集束させるためには、レンズの幾何学的な配置、特に回転に起因する寄生収差も低減する必要があるが、これについても、位相差法に基づくシステム構築を開発した。ビームがQレンズに入射する位置をスリットで調整し、それぞれの画像を比較することにより、焦点位置のずれ、回転のずれを調整できるようになった。これまで、感覚で調整してたのが、定量的に行えるようになるとともに、短時間での調整が可能となった。本システムについては、国際雑誌に投稿し受理されている。
蛍光分析のために、イオンビームで発光するナノ粒子の開発を行い、イオンビームでのダメージの少ないナノ粒子を開発することができた。蛍光の検出のために、SiPMを用いた分析システムを構築し、蛍光粒子からの蛍光を測定することができた。さらに、分光器とSiPMのアレイを組み合わせ、単なる蛍光だけでなく、波長ごとの蛍光を検出することが可能となった。
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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
本研究では、先ずナノビーム形成システムの開発とPIXE/RBS/RFS分析に蛍光分析システムを加えたマルチモーダル分析システムの高度化を行い、ナノプローブシステムを構築する
その第一歩となる、ナノビームの形成に必要な、自動集束システムの原型の開発が終了した。マルチモード元素分析システムの開発では、ナノ粒子の製法の開発を行い、ナノ粒子を得られるようになったのに加え、蛍光を分光して測定できるシステムの基本形が完成した。このように、要素となる基礎技術の開発が終了しているため。
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| Strategy for Future Research Activity |
基礎開発が終わった自動集束システムは、集束まで自動で行えるが、それに続く分析をまだ行うことができないので、システムを拡張し、マルチモーダル分析が可能となるようにする。これと併せて、ナノビーム形成を試みる。
基礎開発が終わった、蛍光分析システムもシステム化を進め、蛍光の分光画像の取得を試みる。さらに、現有のPIXE分析法（Naから重金属の分析）、RBS分析法（水素以外の軽元素分析）、RFS分析法（水素の分析）に改良を加え、重金属の検出感度を10倍程度向上させた高感度なマルチモーダルな分析システムを開発する。
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Report
(1 results)
Research Products
(8 results)
