光子―光子および電子―光子相関による超分解能の蛍光寿命イメージング顕微鏡

使用光子-光子和电子-光子相关性的超分辨率荧光寿命成像显微镜

• 批准号: 21K18195
• 负责人: 三宮 工
• 金额: $ 16.56万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-09 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K18195/
• 关键词: 電子顕微鏡; カソードルミネセンス; 時間相関

蛍光寿命顕微鏡においては、光の回折限界に起因して、分子・原子レベルでの機能が重要となる100nm以下の情報が得られない。最近の超解像法等によって分解能の向上は試みられているものの、数十nmが限界である。本研究では、電子線励起発光（カソードルミネセンス、CL）をベースに光子ー光子相関および電子ー光子相関測定という全く新しい計測手法により、蛍光寿命顕微鏡による回折限界を打破する。この手法では、電子プローブの空間分解能で測定可能であり、既存の光による寿命顕微鏡の分解能をはるかにしのぐ。高い空間分解能を生かした透過電子顕微鏡ベースの計測によりナノ構造の同時計測・直接対比も可能となる。このうち、光子―光子相関に関しては、マッピングシステムを用いた応用計測を実施した。具体的CsPbBr系（CPB）金属ハライドペロブスカイトの解析やInGaNの計測を実施した。CPBでは、4:1:6の組成では発光が強いことが知られているが、その原因には諸説あり、本研究で確立したナノスケール発光寿命マッピングとスペクトルマッピングを用いて、異なる方法で作製された粉末試料と単結晶試料の解析を実施した。その結果、発光寿命や発光分布に違いが見られ、フォトルミネセンス（PL）計測では得られなかった違いを確認することができた。また、CLの２次の光子相関で得られるフォトンバンチング曲線の理論による定式化を理論家との共同研究で実施した。電子―光子相関計測においては、上述のCPBを用いたシンチレータの開発に成功した。CPBのCLにおける発光寿命は、nsオーダで、既存の検出器よりも一桁以上高速であることから、超高速電子検出器への応用が期待できる。また、電子―光子相関における検出信号の定式化を行い、得られる信号の解釈、摘出可能なパラメータを検討した。

The optical lifetime of the micro-mirror, the reflection limit of the light, the molecular and atomic functions of the micro-mirror, and the information below 100nm are obtained. Recently, the super resolution method has been used to analyze the energy of the upper part of the spectrum, and dozens of nm have been used to limit the spectrum. In this study, electron excitation emission (CL) and photon correlation measurements were performed. A new measurement method was developed to break the reflection limit of photon lifetime and micromirror. This technique allows measurement of the spatial resolution energy of the electron beam, the lifetime of the existing beam, and the resolution energy of the micromirror. High spatial resolution energy can be generated through electron microscopy, simultaneous measurement, and direct comparison. Photon-photon correlation is used in measurement. Specific CsPbBr series (CPB) metal analysis and InGaN measurement were carried out. CPB, 4:1:6 composition, light emission, light emission, The results, emission lifetime, and emission distribution are confirmed by PL measurements. In addition, the formulation of the theory of CL's quadratic photon correlation curve has been implemented through joint research by theorists and researchers. The development of electron-photon correlation measurement was successful. CPB CL light emission life is less than ns, existing detectors are more than one beam high speed, ultra-high speed electronic detectors are expected to be used. In addition, the electron-photon correlation can be used to detect the signal, to obtain the signal, and to extract the signal.

项目成果

高速電子線検出器応答にむけたCsPbBr3のサブナノ秒CL

用于高速电子束探测器响应的 CsPbBr3 亚纳秒 CL

• 发表时间: 2022
• 作者: 大森雄貴;黄馨慧;小林俊介; 桑原彰秀;根北 翔，柳本 宗達，三宮 工，秋葉 圭一郎，滝口 雅人，角倉 久史，村山 光宏，斉藤 光
• 通讯作者: 根北 翔，柳本 宗達，三宮 工，秋葉 圭一郎，滝口 雅人，角倉 久史，村山 光宏，斉藤 光

ナノダイヤモンド中の窒素‐空孔中心の銀ナノ構造との結合に伴うパーセル効果の解析

纳米金刚石中氮与空位中心银纳米结构之间键合相关的珀塞尔效应分析

• 发表时间: 2021
• 作者: S. Yanagimoto;N. Yamamoto;T. Sannomiya;K. Akiba;柳本 宗達，山本 直紀，三宮 工，秋葉 圭一郎;T. Sannomiya;柳本 宗達，山本 直紀，三宮 工，秋葉 圭一郎;柳本 宗達，山本 直紀，三宮 工，秋葉 圭一郎
• 通讯作者: 柳本 宗達，山本 直紀，三宮 工，秋葉 圭一郎

Analysis of the Purcell effect of nitrogen-vacancy centers in nanodiamonds coupled to Ag nanostructures

与银纳米结构耦合的纳米金刚石中氮空位中心的珀塞尔效应分析

• 发表时间: 2022
• 作者: S. Yanagimoto;N. Yamamoto;T. Sannomiya;K. Akiba
• 通讯作者: K. Akiba

走査型透過電子顕微鏡カソードルミネセンスによる光子相関計測

使用扫描透射电子显微镜阴极发光进行光子相关测量

• 发表时间: 2022
• 作者: S. Yanagimoto;N. Yamamoto;T. Sannomiya;K. Akiba;柳本 宗達，山本 直紀，三宮 工，秋葉 圭一郎
• 通讯作者: 柳本 宗達，山本 直紀，三宮 工，秋葉 圭一郎

STEMカソードルミネセンスにおける光子相関計測

STEM 阴极发光中的光子相关测量

• 发表时间: 2021
• 作者: S. Yanagimoto;N. Yamamoto;T. Sannomiya;K. Akiba;柳本 宗達，山本 直紀，三宮 工，秋葉 圭一郎;T. Sannomiya;柳本 宗達，山本 直紀，三宮 工，秋葉 圭一郎
• 通讯作者: 柳本 宗達，山本 直紀，三宮 工，秋葉 圭一郎