2019 Fiscal Year Annual Research Report
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18H03475
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
原田 研 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 上級研究員 (20212160)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森 茂生 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20251613)
児玉 哲司 名城大学, 理工学部, 教授 (50262861)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 不確定性原理 / 二重スリット / 電子波干渉 / 電子相関計測 / 遡及計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、量子力学の根幹を成す『不確定性原理』を明らかにすることに挑戦する二重スリットの実験研究である。具体的には、波として二重スリットを同時に通過した電子の干渉現象において、粒としての電子（単電子）を検出し、各々どちらのスリットを通過した電子だったのか、伝搬径路を遡って判別することを目指している。
2020年度、理研チームではV字型をした二重スリットを考案し、電子波の可干渉距離を勘案した新たな干渉光学系等の実験条件を考案・構築することに成功し、スリットから検出面までの伝搬距離を事実上ゼロとした干渉実験を実施するとともに、３つの異なる条件（干渉前、干渉中、干渉後）の同時計測を実現した。また、非対称二重スリット実験での干渉技術を応用して、極狭開口幅スリットからの回折球面波を参照波として利用するフラウンホーファー領域の電子線ホログラフィー技術の開発に成功した。
大阪府大チームでは、2018年度に導入した電子線バイプリズムを利用した電子線ホログラフィーを立ち上げるとともに磁性材料への応用研究を開始している。さらに、新しい電子波照明法であるホロコーン・フーコー法を用いて、非晶質磁性材料の熱処理に伴う結晶化プロセスと磁気的微細構造に関する研究を行った。Fe系非晶質磁性材料では、熱処理により析出する結晶相の結晶粒界に新たに磁壁が形成されることが見出された。
名城大チームでは、単電子分布の統計的解析法にK関数、L関数を用いる方法を見出し、その手法を用いた単電子分布の相関解析プログラムの開発を行った。また，円環絞りの基本特性についての検討を行った。
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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
2019年度は、新たな二重スリット形状とそれを用いた電子波干渉実験条件を考案し、その構築に成功するとともに、当該技術を利用したフラウンホーファー領域でも実施可能な新しい電子線ホログラフィー技術の開発に成功した。また、単電子分布の統計的相関解析プログラムの開発においては、K関数やL関数を用いた実験データの解析手法の開発を進めている。また、電子線バイプリズムを利用した電子線ホログラフィーの応用研究と、それに加えて2018昨年度開発したホロコーン・フーコー法を用いた応用研究をスタートしている。
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| Strategy for Future Research Activity |
３ヵ年の最終年度であるが、基本的には当初の計画通り、新しいアイデアを盛り込んだ二重スリット実験を実施し、質量を持った粒子である単電子による干渉実験から量子力学の根幹を成す『不確定性原理』を明らかにする挑戦を進めて行く。
理研チームでは、名城大チームが見出したK関数、L関数を用いた統計的評価方法の電子線の収束/拡散（bunching/anti-bunching）に対する有効性について、電子線のドーズ量、および加速電圧を変化させた系統実験を実施する予定である（本件の統計処理と検討は、名城大チームが担当を予定）。また、2019年度開発したV字型スリットの干渉実験において、左右のスリットを通過した電子波に系統的に位相変調を加える新しい干渉実験を目指す。
大阪府立大学チームでは、電子線バイプリズムを搭載した電子顕微鏡を用いて、可干渉性の制御とその計測実験を試行する。また、ホロコーン・フーコー法およびホロコーン暗視野法を用いて、熱処理温度や熱処理時間を変化させたFe系非晶質磁性材料での析出相の構造同定や形態と磁気的微細構造を明らかにする。
名城大学チームでは、K関数、L関数を用いた単電子分布の解析手法の開発を通じて、電子線の収束/拡散（bunching/anti-bunching）に対する有意な知見を得ることを目指すとともに、同手法を用いた、干渉した単電子の空間分布について、評価・検討を進める。この結果は、理研チームおよび大阪府立大チームの実験にフィードバックする。さらに、円環絞りを用いた電子波照明光学条件について、電子線の収束/拡散（bunching/anti-bunching）との関連を調査・検討する。
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