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電子ビームによるサブミクロン局在光可視化技術の開発研究

研究課題

研究課題/領域番号 22K18974
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分29:応用物理物性およびその関連分野
研究機関大阪大学

研究代表者

山崎 順  大阪大学, 超高圧電子顕微鏡センター, 教授 (40335071)

研究分担者 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)
近藤 正彦  大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (90403170)
森藤 正人  大阪大学, 大学院工学研究科, 招へい准教授 (00230144)
研究期間 (年度) 2022-06-30 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2023年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2022年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
キーワード局在光 / 電子線偏向 / 電子顕微鏡 / パルス電子ビーム / 小角散乱
研究開始時の研究の概要

1μm以下程度の範囲に局在した光に向けて電子ビームを照射し、方向の変化を精密測定することによって光強度分布を可視化する手法を開発する。実験には透過電子顕微鏡にレーザーを組み合わせた装置を用いる。電子顕微鏡内の試料観察位置にレーザー光を集光するために、レンズまたは凹面鏡を取り付けた試料ホルダーを制作する。真空中と物質中に形成される局在光を計測対象として実験を行い、シミュレーションとの比較から計測結果の評価を行う。

研究成果の概要

光強度勾配による電子線偏向現象を用いて局在した光の分布を可視化する全く新しいイメージング手法の開発研究を行った。透過電子顕微鏡内にフェムト秒レーザーによる集光スポットを形成し、それと同期したパルス電子ビームの偏向角を精密に計測することにより、局在光の強度勾配を反映したと思われる偏向を捉えることに成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

フォトニック結晶などに代表される次世代の光デバイス技術の開発が進んでおり、信号として用いる光の空間的な局在性を可視化することにより動作原理の検証や高性能化に貢献しうるという社会的意義を持つ。またミクロの世界を可視化する電子顕微鏡の観察対象は原子核と電子からなる物質構造に概ね限定されているが、本課題は観察対象を光子にまで広げるという学術的意義を持ち、その第一歩となる基礎的な取り組みに成功した。

報告書

(3件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2024 2023 2022

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 4件)

  • [雑誌論文] Ultrafast dynamics of a photoinduced phase transition in single-crystal trititanium pentoxide2023

    • 著者名/発表者名
      Shuhei Hatanaka, Taro Tsuchiya, Shuhei Ichikawa, Jun Yamasaki, Kazuhisa Sato
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 123 号: 24 ページ: 241902-241902

    • DOI

      10.1063/5.0175450

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] パルス電子顕微鏡によるTi3O5の光誘起相転移の時間分解観察2024

    • 著者名/発表者名
      畑中 修平
    • 学会等名
      2023年度 日本顕微鏡学会 超高分解能顕微鏡法分科会 研究討論会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] パルス電子顕微鏡を用いたTi3O5の光励起相転移の時間分解観察2024

    • 著者名/発表者名
      畑中 修平、土屋 汰朗、市川 修平、山﨑 順、佐藤 和久
    • 学会等名
      第71回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Edge Structure Optimization for Improving Output Power of Circular Defect in Photonic Crystal Laser2023

    • 著者名/発表者名
      Yuki Adachi, Rintaro Maji, Yuto Kudo, Masato Morifuji, Hirotake Kajii, Akihiro Maruta, Jun Yamasaki, and Masahiko Kondow
    • 学会等名
      Photonic Device Workshop 2023 (PDW2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Wavelength properties of CirD (Circular Defect in 2D photonic crystal) Laser with aluminum oxide cladding layers having OLW (Orthogonal Lattice Waveguide) with air cladding layers2023

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Sato, Hikari Kubota, Yuki Adachi, Masato Morifuji, Hirotake Kajii, Akihiro Maruta, Jun Yamasaki, and Masahiko Kondow
    • 学会等名
      Photonic Device Workshop 2023 (PDW2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Theoretical Study on Light Output from Orthogonal Lattice Waveguide Edge in Circular Defect in Two-dimensional Photonic Crystal (CirD) Laser2023

    • 著者名/発表者名
      Hikari Kubota, Kazuki Sato, Yuki Adachi, Masato Morifuji, Hirotake Kajii, Akihiro Maruta, Jun Yamasaki, and Masahiko Kondow
    • 学会等名
      Photonic Device Workshop 2023 (PDW2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 超高速電子顕微鏡を用いたTi3O5の光誘起相転移その場観察2022

    • 著者名/発表者名
      畑中 修平, 土屋 汰朗, 市川 修平, 佐藤 和久, 山﨑 順
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会 第78回学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] パルス電子顕微鏡によるTi3O5の光誘起相転移の時間分解観察2022

    • 著者名/発表者名
      畑中修平, 土屋汰朗, 市川修平, 山﨑順, 佐藤和久
    • 学会等名
      日本物理学会 2022年秋季大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Time-resolved observation of photoinduced phase transition of trititanium pentoxide by ultrafast electrton microscopy2022

    • 著者名/発表者名
      Shuhei Hatanaka, Taro Tsuchiya, Shuhei Ichikawa, Jun Yamasaki and Kazuhisa Sato
    • 学会等名
      14th International Symposium on Atomic Level Characterizations for New Materials and Devices '22 (ALC'22)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2022-07-05   更新日: 2025-01-30  

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