超高分解能電子顕微鏡法の原理解明－光学古典理論の最先端顕微鏡への適用－研究成果

平成23年2月9日
東京大学大学院工学系研究科

超高分解能電子顕微鏡法の原理解明
－光学古典理論の最先端顕微鏡への適用－

　東京大学大学院工学系研究科の阿部 英司 准教授の研究グループは、（株）日本電子のグループと共同で、近年、水素やリチウムなどの軽元素観察が可能な顕微鏡法として注目を集めている「環状明視野顕微鏡法」の結像原理の解明に成功しました。これによって、電子顕微鏡が装置の公称分解能を超える「超高分解能」を実現できることが理論的に裏付けされ、物質構造を直接決定する手法のよりいっそうの高度化が見込めることから、ナノテクノロジー研究に不可欠な計測法として広く応用されていくことが期待されます。
　 本研究チームは、相反定理に基づけば、走査型透過電子顕微鏡法（STEM）における環状明視野法が、従来の透過電子顕微鏡法（TEM）におけるビーム斜め入射法と等価な結像法となることを看破しました。ビーム斜め入射法は、電子顕微鏡以前の光学顕微鏡の時代より、レンズの「色収差（注4）」に起因するピンぼけ現象を抑えることで高分解能を実現することが知られていました。この古典光学の考え方を、「球面収差（注4）」が補正された高性能磁場レンズを搭載した最先端電子顕微鏡へと適用し、その装置パラメーターを基に分解能計算したところ、水素の原子半径53pm（1pmは1兆分の1m）を越える超高分解能が実現できることが分かりました。最適化された環状明視野条件でSTEM観察された水素化合物（YH2）原子像の強度分布は、計算機シミュレーションと非常に定量性よく一致することが確認されました。
　 本研究の一部は、文部科学省科学研究費特定領域研究「機能元素のナノ材料科学」の一環として行われました。本研究成果は、平成23年2月13日（英国時間）に英国科学雑誌「ネイチャー・マテリアルズ」のオンライン速報版で公開されます。


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