Vol.4 No.3 2011

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研究論文:軽元素原子を可視化する新型低加速電子顕微鏡の開発(佐藤ほか)−173−Synthesiology Vol.4 No.3(2011)堀口繁雄: 高分解能電子顕微鏡, 共立出版 (1988).D. B. Williams and C. B. Carter: Transmission electron microscopy (2nd Ed.), Springer (2009).A. Hashimoto, H. Yorimitsu, K. Ajima, K. Suenaga, H. Isobe, J. Miyawaki, M. Yudasaka, S. Iijima and E. Nakamura: Selective deposition of a gadolinium(III) cluster in a hole opening of single-wall carbon nanohorn, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 101, 8527-8530 (2004).A. Hashimoto, K. Suenaga, A. Gloter, K. Urita and S. Iijima: Direct evidence for atomic defects in graphene layers, Nature, 430, 870-873 (2004).K. Suenaga, H. Wakabayashi, M. Koshino, Y. Sato, K. Urita and S. Iijima: Imaging active topological defects in carbon nanotubes, Nat. Nanotechnol., 2, 358-360 (2007).Y. Sato, K. Suenaga, S. Okubo, T. Okazaki and S. Iijima: Structures of D5d-C80 and Ih-Er3N@C80 fullerenes and their rotation inside carbon nanotubes demonstrated by aberration-corrected electron microscopy, Nano Lett., 7, 3704-3708 (2007).Y. Sato, K. Yanagi, Y. Miyata, K. Suenaga, H. Kataura and S. Iijima: Chiral-angle distribution for separated single-walled carbon nanotubes, Nano Lett., 8, 3151-3154 (2008).http://www.busshitu.jst.go.jp/kadai/year03/team03.htmlB. Kabius, P. Hartel, M. Haider, H. Müller, S. Uhlemann, U. Loebau, J. Zach and H. Rose: First application of Cc-corrected imaging for high-resolution and energy-filtered TEM, J. Electron Microsc., 58, 147-155 (2009).H. Sawada, Y. Tanishiro, N. Ohashi, T. Tomita, F. Hosokawa, T. Kaneyama, Y. Kondo and K. Takayanagi: STEM imaging of 47-pm-separated atomic columns by a spherical aberration-corrected electron microscope with a 300-kV cold field emission gun, J. Electron Microsc., 58, 357-361 (2009).T. Sasaki, H. Sawada, F. Hosokawa, Y. Kohno, T. Tomita, T. Kaneyama, Y. Kondo, K. Kimoto, Y. Sato and K. Suenaga: Performance of low-voltage STEM/[1][2][3][4][5][6][7][8][9][10][11]参考文献易に発揮できる製品へと発展させることが低加速電子顕微鏡の普及に向けた最大のテーマとなる。6 今後の展望この論文では、“トリプルC”プロジェクトにおける世界初の低加速専用電子顕微鏡開発のねらいと経緯について記した。このプロジェクトの構想当時(2006年以前)のTEM/STEM分野において、低加速電圧はいわば未開拓の領域であり、その有用性は決して幅広く認識されてはいなかった。しかしこのプロジェクトの開始以降、海外でも同様の着想に基づいた低加速装置開発[25]がスタートしたほか、当初は80-300 kV級の中加速装置の高性能化を目的に立ち上げられていたプロジェクト[26][27]が、新たに低加速もターゲットに盛り込む等、わずか数年間に状況は大きく変化した。今や低加速TEM/STEMは最先端の電子顕微鏡装置開発におけるメインストリームの一つとして、世界的にも大規模プロジェクトが競って展開されている。これらの多くは、このプロジェクトと同様に、色収差対策とエネルギー分解能の向上のため、独自に色収差補正装置の開発を行い、あるいは既存のモノクロメーターを導入することで、50 kV以下の加速電圧において0.1 nmにせまる空間分解能の達成を目指している。今日の低加速電子顕微鏡の開発競争は球面収差補正装置の実用化と普及に代表されるハード面の技術革新とナノ物質や有機単分子等あらたな応用範囲の拡大であり、1990年代以降の電子顕微鏡分野の流れを振り返ると必然的に生じるものであったと見ることもできる。近い将来、低加速電子顕微鏡の本格実用化と普及が進むことで、電子顕微鏡の観察対象が飛躍的に拡大し、特に化学・生物分野において大きく貢献することが期待される。単分子・単原子の動的観察がより簡便になると、例えば上述のイオンチャネルの構造解析や触媒反応の直接観察等の数多くの重要課題に直ちに着手することが可能になる。金属クラスター存在下での各種分子の再構成挙動の観察が実現すれば、触媒反応機構の原子レベルでの解明にもつながり、社会的なインパクトは極めて大きい。また、特定の官能基が光や熱で励起・活性化される過程や着目する原子の電子状態変化をリアルタイムに捉えることができれば、原子レベルでの化学反応メカニズムの解明につながる等、その波及効果は計り知れない。また、低加速化により照射ダメージを極力低減した電子顕微鏡・電子分光技術はソフトマター以外の物質へ応用するうえでも有用な点が多い。例えば結晶材料に関しては、点欠陥の生成・消滅過程の観察等のこれまでの物性研究にも原子レベルでの新しい視点を提供するであろう。また、CNTやフラーレン等個別の量子物体に対しても、高精度分光がこれまでよりも容易に行えるため、個々の量子体の正確な構造解析と電子状態との関連付けによって多くの知見が得られることが期待される。謝辞このプロジェクトを共同で推進していただいている物質・材料研究機構の木本浩司氏、低加速電子顕微鏡によるEELS実験にご協力いただいた日本電子株式会社の奥西栄治氏、観察試料の作製にご協力いただいた産業技術総合研究所の片浦弘道氏、岡崎俊也氏、飯泉陽子氏、小林春花氏に、この場を借りて謝意を表する。低加速顕微鏡試作機による応用観察実験の一部は科研費(19054017、23750250)の支援を受けた。

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