電子ビームによるサブミクロン局在光可視化技術の開発研究

本課題における実験は代表者所属部局に設置されているパルス電子顕微鏡を用いる必要があり、加えてフェムト秒レーザーによるポンプ光を電顕内試料位置で１μm程度まで集光する必要がある。このための特殊試料ホルダーの設計を行い、部材の購入と業者による加工作業の発注を行ったが、コロナ禍などの要因に伴う世界的な物流停滞の影響を受けて年度内には完成しなかった。実験に必要なハードウェア的環境が整うまでの間、１）局在光の分布を電子線プローブで自動計測するためのプログラム開発、２）計測対象となるフォトニック結晶の作製と電子顕微鏡試料ホルダーへの設置技術の開発、３）パルス電子線照射の調整作業と動作検証、などを並行して進めた。１）に関しては、局在光分布を電子プローブでスキャンするように電子顕微鏡の電磁石レンズを制御し、その動きと同期して電子回折図形を撮影するようにカメラも制御するためのスクリプトを開発した。２）に関しては、分担者（近藤）の研究室で確立されている技術を用いて、計測に用いる厚さ約300nmのスラブ状のフォトニック結晶を作製した。このスラブ領域を集束イオンビーム研磨装置（FIB）で切り落として金属ニードルでピックアップし、電子顕微鏡観察用の銅グリッドメッシュに固定することに成功した。３）に関しては、パルス電子線制御の検証も兼ねた応用計測として、光誘起相転移物質であるTi3O5へのレーザーパルス照射を用いたポンププローブ測定により、相転移の時間分解計測に成功した。

本課題における実験は代表者所属部局に設置されているパルス電子顕微鏡を用いる必要があり、加えてフェムト秒レーザーによるポンプ光を電顕内試料位置で１μm程度まで集光する必要がある。このための特殊試料ホルダーの設計を行い、部材の購入と業者による加工作業の発注を行ったが、コロナ禍などの要因に伴う世界的な物流停滞の影響を受けて年度内には完成しなかった。実験に必要なハードウェア的環境が整うまでの間、１）局在光の分布を電子線プローブで自動計測するためのプログラム開発、２）計測対象となるフォトニック結晶の作製と電子顕微鏡試料ホルダーへの設置技術の開発、３）パルス電子線照射の調整作業と動作検証、などを並行して進めた。１）に関しては、局在光分布を電子プローブでスキャンするように電子顕微鏡の電磁石レンズを制御し、その動きと同期して電子回折図形を撮影するようにカメラも制御するためのスクリプトを開発した。２）に関しては、分担者（近藤）の研究室で確立されている技術を用いて、計測に用いる厚さ約300nmのスラブ状のフォトニック結晶を作製した。このスラブ領域を集束イオンビーム研磨装置（FIB）で切り落として金属ニードルでピックアップし、電子顕微鏡観察用の銅グリッドメッシュに固定することに成功した。３）に関しては、パルス電子線制御の検証も兼ねた応用計測として、光誘起相転移物質であるTi3O5へのレーザーパルス照射を用いたポンププローブ測定により、相転移の時間分解計測に成功した。