2019 Fiscal Year Research-status Report
Development of transmission electron microscopy to visualize optical field
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19K22136
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| Research Institution | Japan Fine Ceramics Center |
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Principal Investigator |
山本 和生 一般財団法人ファインセラミックスセンター, その他部局等, 主任研究員 (80466292)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
穴田 智史 一般財団法人ファインセラミックスセンター, その他部局等, 上級研究員 (40772380)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Keywords | 電子線ホログラフィー / レーザー / エバネッセント光 / 光定在波 / 電場 / 干渉 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
透過型電子顕微鏡（TEM: Transmission Electron Microscope）内で電圧を印加できる既有の試料ホルダーに小型LED（Light-Emitting Diode）を組み込んだ．これにより，TEM内で，試料に光を照射させながら電子線ホログラフィー計測が行えるようになった．試料としてZnOナノワイヤーを選択し，緑色LED（波長：555 nm）の照射前後で，ZnOナノワイヤー内部の電位変化を捉えることに成功した．この電位変化を検出するためには，高い空間分解能と位相計測精度が必要なため，今回は，我々が得意としている「位相シフト電子線ホログラフィー」で計測した．位相シフト電子線ホログラフィーは，たくさんの電子波干渉パターン（ホログラム）を撮影する必要がある．しかしながら，十分な光を試料に照射するためには，LEDに流す電流をmAオーダーに大きくしなければならず，そのジュール熱によって，ホログラム撮影中に試料がドリフトしてしまう問題が生じた．今後，試料ドリフトを抑制するために，試料ホルダーの改造が必要である．
光ファイバーを組み込んだ自作の試料ホルダーに，p-n接合を持つGaAs半導体のTEM試料を固定し，光照射前後のp-n接合における電位分布を観察した．その結果，光照射中は，光起電力効果によりp-n接合の電位変化が小さくなることがわかった．現在，計算機シミューレーションを用いて，理論的に電位の変化を解釈しているところである．この自作の試料ホルダーを用いれば，光照射中の試料ドリフトを大幅に抑制できることがわかったため，今後，この試料ホルダーに合わせてレーザーを組み込み，実験を行う予定である．
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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
透過型電子顕微鏡内に光を導入できる２種類の試料ホルダーを用いて，光照射電子線ホログラフィー計測を実現することができた．また，ZnOナノワイヤーやGaAs p-n接合に光を照射し，高い空間分解能で高精度な位相計測が可能な位相シフト電子線ホログラフィー技術を用いて，その前後で電位の変化を捉えることに成功した．以上より，「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 |
光ファイバーを組み込んだ自作の試料ホルダーに，高輝度高干渉性を持つレーザーを導入できるように改造を行う予定である．これにより，TEM内で，試料にレーザー光を照射することができ，試料と光による相互作用を電位の変化として観察できると考えている．また，試料内部に光の定在波を形成できるような機構も組み込む予定である．高い屈折率を持つ試料や，エバネッセント光を発生させるような特殊な形状をもつ試料を考えている．
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| Causes of Carryover |
2019年度は，光を導入できる試料ホルダーを新たに設計する予定であったが，研究予算額に制限があるため，まずは既有の電圧印加用試料ホルダーや光ファイバーを組み込んだ自作の試料ホルダーを用いて，TEM内で試料に光を照射できるかどうかを確かめる予備的実験をメインに行った．その結果，目的を達成するために解決すべき課題（試料ドリフト）が明らかになり，2020年度には，その課題を解決する試料ホルダーの改造に研究費を使用する予定である．
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