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現在孤立した一個の原子をイメージングできる装置は、フィールドイオン顕微鏡(FIM)、走査トンネル顕微鏡(STM)と透過電子顕微鏡(TEM)である。前二者は試料の材質と形状が制限されるほか、蓄積法や走査法でイメージングされるため、msecの時間分解能で拡散過程のダイナミックスを追跡することはできない。これに対してTEMは一個の原子の存在までも検出する高感度の特徴のほかに、近年の高速度TV技術の発達で、本研究の実現にもっとも近いところにあると考えられる。しかしながら、表面拡散する1個1個の原子を直接動的に追跡することは全く未踏の領域である。このような背景の下、本研究では固体表面上を拡散する1個1個の原子を追跡するために次の研究を行った。
[1]観察に適切で、かつ表面拡散現象が工業上も重要な意味をもつ材料の検討
[2]表面拡散現象の透過電子顕微鏡観察を可能にする試料形態の検討
[3]高いコントラストでイメージングするための新しい電子顕微鏡技術の開発
[4]高時間分解能の画像解析技術の開発
以上の検討の結果、表面拡散をさせる基板には酸化マグネシウム単結晶蒸着薄膜を用い、かつ拡散させる原子としては原子番号が大きく、微小クラスターを出発物質として使えるタングステンを選択し1個の原子が拡散する様子を1/60秒の時間分解能で世界で初めてとらえることに成功した。
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