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本研究の目的は、試料への光照射により生じた光誘起電場を試料内部から外部に至るまで定量的にナノイメージングする手法を開発することである。具体的な主な柱は、透過電子顕微鏡鏡筒内部で試料に光照射を可能にする試料ホルダーを作製すること、ならびに、電子線ホログラフィー技術を発展させ、試料近傍の光誘起電場の空間分布イメージングを実証すること、の二点である。
前者の目的に対する成果として、電子顕微鏡内で試料に光照射するためにレーザーダイオード(LD)を組込み可能な透過電子顕微鏡の試料ホルダーを考案した。作製した試料ホルダーは以下の特徴を備える。(1)LD先端に光の調整機構を備えるともに、LDを交換可能な装置構成とすることで試料への光照射波長を可変できる仕組みとした。(2)LDの前面に大気と真空とを隔てるビューポートを備え、将来的に、外部レーザー光の取り込みや、偏光依存性の測定にも対応可能とした。
本装置を用いると、透過電子顕微鏡内で試料に光照射が可能であることから、本研究の当初の目的の枠組みを超え、光誘起構造相変化(例えば、代表的な金属絶縁体相転移物質であるVO_2)の構造変化過程をナノスケールで捉えることも可能であることがわかった。本研究で作製した試料ホルダーの構成は技術的な難易度も比較的低く、市販装置に組み込み可能であり、特許申請も考慮にいれている。
後者の目的に対する成果は、金および銀の試料に対して、光誘起電場(光電場増強)のナノイメージングに成功したことである。現状では、試料の形状効果、励起光波長依存性を完全に系統的に調査するまでには至っていないものの、光誘起電場を電子線ホログラフィーで捉えることが可能であることを実験的に実証した事実は、極めて大きいといえる。今後、上記研究成果を論文にまとめると共に、カーボンナノチューブなどナノ構造の光誘起電場を研究する予定である。
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