電子顕微鏡の分解能が0.39オングストロームに到達し世界記録が更新される

対象物に電子線を照射して拡大した像を得る電子顕微鏡は非常に小さいものを見ることが可能で、2018年時点で電子顕微鏡における分解能の世界記録は300keVの高出力の電子線を照射する電子顕微鏡で実現されている「0.5オングストローム(0.05ナノメートル)」となっています。コーネル大学で応用物理学の教授を務めるデイビッド・ミュラー氏らの研究チームは、これまでの世界記録を上回る0.39オングストローム(0.039ナノメートル)の分解能を実現する技術の開発に成功しました。しかも、この技術は80keVの低出力の電子線を照射する電子顕微鏡で実現できるとのことです。

Electron ptychography of 2D materials to deep sub-ångström resolution | Nature
https://www.nature.com/articles/s41586-018-0298-5

A record-breaking microscope
https://www.nature.com/articles/d41586-018-05711-y

Electron microscope detector achieves record resolution | Cornell Chronicle
http://news.cornell.edu/stories/2018/07/electron-microscope-detector-achieves-record-resolution

電子顕微鏡を使用して像を捉えるとき、どうしても像がゆがんだり、ぼやけたりしてしまうことがあります。この収差を補正するために、これまでは補正用のレンズを置いて像をクリアにする方法が取られていました。

ミュラー氏らの研究チームはこの「補正レンズ」をなくすことでこれまで以上に像を拡大し、よりクリアに映し出す方法についての調査を行ってきました。そして、電子検出器のEMPADとX線顕微鏡で使用されてきたタイコグラフィーと呼ばれる技術を組み合わせた手法をミュラー氏らが考案。これにより、研究チームは80keVの低出力の電子線を放出する電子顕微鏡で0.39オングストローム(0.039ナノメートル)という高分解能の像を取得することに成功しました。

研究チームは、実際に開発した技術を使用するとどこまで像がクリアに見えるかを示すため、硫化モリブデン(MoS₂)を80keVの従来の電子顕微鏡とミュラー氏らの技術を使用した電子顕微鏡で撮影しています。2つの画像を比較すると、分解能が0.98オングストローム(0.098ナノメートル)である従来の電子顕微鏡で撮影したもの(左)と比べて、ミュラー氏らが考案した手法(右)で撮影した方が鮮明に写っていることがわかります。

ミュラー氏らの研究チームによって開発された技術は、低出力の電子線を照射する電子顕微鏡で高分解能を像を取得できることから、電子線によってダメージを受けやすい材料を扱うことが可能です。このため、これまで電子顕微鏡で扱いづらかった材料の調査などで活躍することが期待されています。