Vol.4 No.3 2011

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シンセシオロジー 研究論文−166−Synthesiology Vol.4 No.3 pp.166-175(Sep. 2011)1 はじめに近年、ナノ・バイオ分野の研究開発が加速する中で、電子顕微鏡による構造観察が担う役割は急速に拡大しつつある。カーボンナノチューブ(carbon nanotube, CNT)やグラフェン等のカーボンナノ材料、有機分子や生体関連物質等いわゆるソフトマターの構造を単分子・単原子のレベルで直接観察することのできる透過電子顕微鏡(transmission electron microscopy, TEM)や走査型TEM(scanning TEM, STEM)の実現が強く望まれている。電子顕微鏡[1][2]の装置開発は1970年代以降に大きな進展が見られたが、それらは一貫して超高圧化により空間分解能の向上を図ったものであった。電子線の加速電圧が百万ボルト(MV)に達する巨大な装置に代表されるように、当時の最先端の電子顕微鏡は金属や無機化合物等の一般に照射損傷を受けにくいとされる結晶性材料の観察を前提として開発されていた。このような超高圧電子顕微鏡は上記のソフトマター等非結晶性の軽元素物質を対象とする場合には、照射損傷やシグナル検出感度の低下等によりそのポテンシャルを十分に発揮することができない。これらの問題を克服して単分子の動的挙動観察や軽元素単原子の検出・同定を実現するため、新たな電子顕微鏡の開発は最重要課題となっている。責任筆者らの研究グループでは、軽元素で構成されるナノ材料の電顕観察にはむしろ低加速電子線の使用が極佐藤 雄太1、佐々木 健夫2、沢田 英敬2、細川 史生2、富田 健2、金山 俊克2、近藤 行人2、末永 和知1*近年のソフトマター分野における単分子・単原子レベルの構造観察の需要に応えるためには、かつての分解能向上のみを追求した超高圧化とは一線を画する革新的な電子顕微鏡装置の開発が不可欠である。筆者らは低加速電圧の有用性にいち早く着目し、既存装置では到達し得ない大幅な低加速化と高性能化を同時に実現するため、軽元素物質の観察に特化したまったく新しい電子顕微鏡の開発に取り組んでいる。この論文では、球面収差(Cs)補正、色収差(Cc)補正、カーボン(C)ナノ材料、という三つの“C”に重点を置いた、この“トリプルC”プロジェクトのねらいと成果をまとめるとともに、将来の低加速電子顕微鏡の応用について展望する。軽元素原子を可視化する新型低加速電子顕微鏡の開発− “トリプルC”プロジェクトのねらいと取り組み −Yuta Sato1, Takeo Sasaki2, Hidetaka Sawada2, Fumio Hosokawa2, Takeshi Tomita2, Toshikatsu Kaneyama2, Yukihito Kondo2 and Kazutomo Suenaga1*Innovative electron microscope for light-element atom visualization- Development of low-voltage electron microscopes in “Triple-C” project -In order to meet the demand for techniques to directly visualize atomic-level structures of nano-materials and so-called soft matter (organic molecules, bio-materials, etc.), development of innovative electron microscopes are indispensable. These innovative microscopes are totally different from conventional transmission electron microscope (TEM) and scanning TEM (STEM) with ultra high acceleration voltage mainly pursuing high resolution. We recognized the usefulness of low acceleration voltage very early, and have started the development of totally new electron microscopes specified for observation of light-element materials. We aim to realize simultaneously significant decrease of acceleration voltage and increase of performance which cannot be attained with conventional apparatuses. Here we report the aims and results of our “Triple-C” project to develop low-voltage TEM/STEMs equipped with new Cs (spherical aberration) and Cc (chromatic aberration) correction systems for carbon (C)-based nano-materials, and present our view on future applications of electron microscopes with low acceleration voltage.キーワード:構造評価、電子顕微鏡、収差補正、ナノ材料、ソフトマター、単分子、単原子、電子状態Keywords:Structure characterization, electron microscopy, aberration correction, nano-material, soft matter, single molecule, single atom, electronic state1 産業技術総合研究所 ナノチューブ応用研究センター 〒305-8565 つくば市東1-1-1 中央第5、2 日本電子株式会社 〒196-8558 昭島市武蔵野3-1-21. Nanotube Research Center, AIST Tsukuba Central 5, 1-1-1 Higashi, Tsukuba 305-8565, Japan *E-mail:, 2. JEOL Ltd. 3-1-2 Musashino, Akishima 196-8558, JapanOriginal manuscript received July 7, 2011, Revisions received August 22, 2011, Accepted August 23, 2011

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