2018 Fiscal Year Annual Research Report
電子ビームの軌道角運動量測定法の開発およびその応用研究
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18H01884
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| Research Institution | Saitama Institute of Technology |
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Principal Investigator |
内田 正哉 埼玉工業大学, 付置研究所, 教授 (80462662)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
齋藤 晃 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 教授 (50292280)
桑原 真人 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 准教授 (50377933)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 粒子線 / 量子ビーム / 電子ビーム / 軌道角運動量 / 波動関数 / 位相 / ボルテックス（特異点） / 回折格子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、電子ビームの軌道角運動量測定法を開発し、その応用研究を行うことを目的に研究を遂行している。平成30年度の主な成果は、以下の通りである。
目指している軌道角運動量検出器は、電子の軌道角運動量分布（軌道角運動量分散スペクトル）を同時測定することができるものである。今年度、１次元フォーク型回折格子を２次元に拡張した「ダンマン渦回折格子」をベースにした検出器の開発に集中的に取り組んだ。「ダンマン渦回折格子」は回折次数によらず、回折強度が等しくなるように設計した特殊な回折格子である。設計の「ダンマン渦回折格子」は－10h～＋10hの各軌道角運動量成分の同時取得（軌道角運動量分散スペクトル）を可能とする。「ダンマン渦回折格子」の作製は集束イオンビーム装置（FIB）をもちいて行い、透過型電子顕微鏡に搭載、検出器の評価を行った。軌道角運動量が0である電子ビーム（平面波）の場合、設計通りの強度分布をもつことを確かめた。開発した検出器の応用として、スパイラルゾーンプレートおよび磁性針を通った電子ビームの軌道角運動量測定を行った。磁性針はFIBをもちいて作製したナノサイズのものであり、モノポールタイプの磁場分布を生成する。これらの場合に対し、軌道角運動量分散スペクトルの測定に成功し、理論的解析、シミュレーションも含め詳細な検討を行い、論文として纏め投稿中である。また、軌道角運動量をもちいたイメージング法の開発を目指し、角度フーリエ変換に基づく方法の理論的検討を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度、主に3つの課題に取り組んだ。
１）「ダンマン渦回折格子」の作製を集束イオンビーム装置をもちいて行い、透過型電子顕微鏡に搭載、検出器の評価を行った。スパイラルゾーンプレートおよび磁性針によって生成した軌道角運動量をもつ電子ビームに対し、「ダンマン渦回折格子」を用いて軌道角運動量分散スペクトルの測定に成功した。理論的解析、シミュレーションも含め詳細な検討を行い、論文として纏め投稿中である。
２）軌道角運動量を用いたイメージング法の開発を目指し、角度フーリエ変換に基づく方法の理論的検討を行った。
３）「電場型軌道角運動量測定器の設計および作製」については、電磁場シミュレーションを行なったが、作製までには至っていない。以上のとおり、目標以上の達成をできた課題がある一方で、遅れが認められる課題もあるが、全体計画の想定内であり、「おおむね順調に進展している」と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
開発している軌道角運動量検出器をもちいて、応用研究の対象を広げる。具体的には軌道角運動量を用いた位相分布測定、イメージング法を実験的に試みる。また光電子に適用するための具体的検討を行う。
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