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2022 年度 実績報告書

原子分解能走査型電子顕微鏡を目指したレーザー定在波による革新的収差補正装置の実現

研究課題

研究課題/領域番号 20H02629
研究機関東北大学

研究代表者

上杉 祐貴  東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (60780682)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワードポンデロモーティブポテンシャル / Kapitza-Dirac効果 / フェムト秒レーザー / 電子レンズ / 球面収差補正
研究実績の概要

本年度はまず、電子レンズ作用実証のためのレーザー光源開発を目標に研究に取り組んだ。当初計画では年度前半に全ての光源要素を作製する予定であったが、モード同期ファイバーレーザーの開発が難航した。その後、大出力と高い空間モード形状を両立できるフォトニック結晶ファイバを使用してファイバー増幅器の開発に着手したが、保有していた2種類のフォトニック結晶ファイバを共に事故により破損してしまった。結局、コア径25μmのa fewモード・ダブルクラッドファイバを用いて当初目標の出力を得られるファイバー増幅器を完成させたが、パルス圧縮器および波長変換要素の開発が遅れ、年度内に目標のレーザー系を開発するには至らなかった。
一方で、当初計画で使用を想定していた自発共鳴型レーザー蓄積共振器に関連し、フェムト秒レーザーパルスを自発的に発振・蓄積する新しい光学装置を高エ研・早稲田大・広島大のグループと協同で開発することに成功した。また、電子レンズ形成のために検討したレーザー空間変調技術を、独自に開発したレーザー加工装置に応用することで、薄膜を100 nmの分解能でパターニング加工可能な技術の実証を行うことができた。
本年度の9月に、オーストリアのウィーン大学のグループが、本研究計画とよく似た構成で円環状レーザービームによる電子レンズ作用を実証した内容の論文が公開された。これを受けて、年度の後半に本研究計画の見直し検討を行った。レンズ作用の実証用に設計した本装置を、より実用的なデモンストレーションに使用するための、いくつかの候補を得た。また、未だに報告のない負の球面収差の実験的実証を実現するために、電子ビーム観察手法の改案を着想した。加えて、より一歩進んだ、光ビームを駆使した電子ビーム変調技術の理論的検討に着手し、光学レンズにおける色消しレンズに相当する、いくつかの手法を着案した。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (5件) (うち招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Multi-beam ultrafast laser processing of free-standing nanofilms2023

    • 著者名/発表者名
      Uesugi Yuuki、Miwa Taito、Kadoguchi Naohiro、Kozawa Yuichi、Sato Shunichi
    • 雑誌名

      Applied Physics A

      巻: 129 ページ: 101-1~101-9

    • DOI

      10.1007/s00339-022-06361-8

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Properties of electron lenses produced by ponderomotive potential with Bessel and Laguerre?Gaussian beams2022

    • 著者名/発表者名
      Uesugi Yuuki、Kozawa Yuichi、Sato Shunichi
    • 雑誌名

      Journal of Optics

      巻: 24 ページ: 054013~054013

    • DOI

      10.1088/2040-8986/ac6524

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Harmonically mode-locked laser pulse accumulation in a self-resonating optical cavity2022

    • 著者名/発表者名
      Koshiba Yuya、Otsuka Seiya、Yamashita Koki、Fukushima Chikara、Araki Sakae、Aryshev Alexander、Omori Tsunehiko、Popov Konstantin、Takahashi Tohru、Terunuma Nobuhiro、Uesugi Yuuki、Urakawa Junji、Washio Masakazu
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 30 ページ: 43888~43888

    • DOI

      10.1364/oe.472917

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] フェムト秒レーザーによる自立ナノ薄膜加工とその展開2023

    • 著者名/発表者名
      上杉祐貴, 門口尚広, 小林哲郎, 小澤祐市, 佐藤俊一
    • 学会等名
      レーザー学会学術講演会第43回年次大会
    • 招待講演
  • [学会発表] ポンデロモーティブ電子レンズのレンズ特性2023

    • 著者名/発表者名
      上杉 祐貴
    • 学会等名
      電子光学設計技術分科会第9回研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] 構造化レーザービームでつくる第三の電子レンズ2023

    • 著者名/発表者名
      上杉 祐貴
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会第47回関東支部講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] 収束レーザー光による電子レンズの検討2022

    • 著者名/発表者名
      上杉祐貴, 小澤祐市, 佐藤俊一
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会第78回学術講演会
  • [学会発表] 超短パルスレーザーを使ったしきい値近傍アブレーションによる薄膜微細加工と表面洗浄技術2022

    • 著者名/発表者名
      上杉祐貴, 三輪泰斗, 門口尚広, 小林哲郎, 小澤祐市, 佐藤俊一, 齋藤晃
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会

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公開日: 2023-12-25  

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