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電子顕微鏡を用いて、電子との相互作用の小さな軽原子で構成される試料からの構造情報をnmスケールで取り込むことは従来の結像法では難しい。これは、試料と電子との相互作用が小さく、電子波の振幅が相互作用によってほとんど変化しないこと、また、非結晶性の試料では、回折による電子波の強め合いが利用できないことに依る。これを解消するために、試料による電子波の位相情報を像強度として検出することができる位相差電子顕微鏡法が用いられ、コントラスト増強効果があることが示されている。
本研究では、この位相差走査型透過電子顕微鏡法に、2次元検出器を組わせることで、更なる高コントラスト化と高効率化を実現するため、2次元検出器上の各ピクセルに対し、適切な演算処理法を検討した。その結果2次元検出器を用いた、高効率、高コントラストの位相検出を実現することが出来た。我々のシステムでは、炭素のアモルファス膜に穴をあけて準備したZernikeタイプの位相板と2次元検出器を組み合わせ、穴の内部と穴の外を区別して、穴の中側についてはそのまま結像に用い、穴の外側の情報については、重みをつけて減算処理することにより、バックグラウンド情報を消して、試料による散乱に伴う、試料による位相差情報のみを選択的に結像に用いる演算方法で結像したところ、従来の位相コントラストに対して、30倍程度の高いコントラストでの像形成を実現した。この方法の大きな特徴は通常の顕微鏡法では得ることが難しいサブnm以上のサイズの試料に対しての構造情報を豊富に得ることができる点にある。この研究成果により、従来の結像法では、観察が難しかった生物試料を含む有機系の材料や有機系の材料を含むハイブリッド材料に対して、その詳細構造や分域構造を明らかにする道が開かれたといえる。
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