高エネルギー分解能LaB6ナノワイヤ電界放出型電子銃の開発

~透過電子顕微鏡による原子分解能像観察にも利用可能~

国立研究開発法人物質・材料研究機構 (NIMS)
日本電子株式会社

NIMSと日本電子株式会社 (JEOL) は、収差補正透過電子顕微鏡に搭載可能なLaB6ナノワイヤ電界放出型電子銃の開発を行い、高いエネルギー分解能と高い電流安定度で原子分解能の像観察を実現しました。

概要

  1. 国立研究開発法人物質・材料研究機構 (NIMS) と日本電子株式会社 (JEOL) は、収差補正透過電子顕微鏡に搭載可能なLaB6ナノワイヤ電界放出型電子銃の開発を行い、高いエネルギー分解能(0.2eV、単色化機能を有しない電子銃として最高分解能)と高い電流安定度(0.4%)で原子分解能の像観察を実現しました。
  2. 原理的に高性能が期待されるナノ材料を電界放出型電子銃に用いる試みは、20年以上続けられてきましたが、寿命や安定性などを満たす組み込み技術等の開発が困難であったため、これまで透過電子顕微鏡の電界放出型電子銃にナノワイヤが使われることはありませんでした。商用の電界放出型電子銃の電子源には、今なお50年以上前に開発されたタングステン針が使用されています。
  3. NIMSとJEOLの研究チームは、電子源の熱陰極材料として従来から定評のあるLaB6 (六ホウ化ランタン) を高純度単結晶ナノワイヤとして化学的に合成・成長させる技術や、放出電子を効率よく利用する電子源機構の設計、ナノワイヤを1本取り出して最適化された電子源構造に組み込む技術を開発しました。
  4. LaB6ナノワイヤ電子源の比較的低い要求真空条件、極めて高い電流安定性、低い引き出し電圧、狭いエネルギー分布幅や高い輝度は、新世代の電界放出型電子顕微鏡の開発につながり、より高い空間分解能やエネルギー分解能によって、半導体分野や医療分野への広い貢献が期待されます。
  5. 本開発は、NIMSのZHANG Han, CRETU Ovidiu, 木本浩司, 笠谷岳士, 宮崎英樹, 辻井直人, WANG Hongxin, 山内泰, 藤田大介 および JEOLの神保雄, 庭田章, 池田昭浩, 安原 聡, 北村真一, 眞部弘宣からなる研究チームにより実施されました。
  6. 本研究成果はNature Nanotechnology誌に2021年11月9日 (日本時間) に オンライン掲載 (10.1038/s41565-021-00999-w) されます。

「プレスリリース中の図 : (a) LaB6ナノワイヤ電子源の走査電子顕微鏡像(右上挿図) この電子源を搭載した透過電子顕微鏡で取得した単層グラフェンの原子分解能像(b) 電子線エネルギー分布の比較 (c) 電子線電流雑音比の比較  (b)、 (c) ともに 青が開発したLaB6ナノワイヤ電子源、赤が従来のタングステン電子源」の画像

プレスリリース中の図 : (a) LaB6ナノワイヤ電子源の走査電子顕微鏡像(右上挿図) この電子源を搭載した透過電子顕微鏡で取得した単層グラフェンの原子分解能像
(b) 電子線エネルギー分布の比較 (c) 電子線電流雑音比の比較  
(b)、 (c) ともに 青が開発したLaB6ナノワイヤ電子源、赤が従来のタングステン電子源



掲載論文

題目 : High-endurance Micro-engineered LaB6 Nanowire Electron Source for High-resolution Electron Microscopy
著者 : Han Zhang, Yu Jimbo, Akira Niwata, Akihiro Ikeda, Akira Yasuhara, Cretu Ovidiu, Koji Kimoto, Takeshi Kasaya, Hideki T. Miyazaki, Naohito Tsujii, Hongxin Wang, Yasushi Yamauchi, Daisuke Fujita, Shin-ichi Kitamura, Hironobu Manabe
雑誌 : Nature Nanotechnology
掲載日時 : 2021年11月9日 (日本時間)
DOI : 10.1038/s41565-021-00999-w


お問い合わせ先

(研究内容に関すること)

国立研究開発法人物質・材料研究機構
先端材料解析研究拠点
拠点長 木本浩司
TEL: 029- 860-4402
E-Mail: KIMOTO.Koji=nims.go.jp
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国立研究開発法人物質・材料研究機構
先端材料解析研究拠点 電子顕微鏡グループ
主任研究員 ZHANG Han (ザン ハン)
E-Mail: Zhang.han=nims.go.jp
([ = ] を [ @ ] にしてください)

(報道・広報に関すること)

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