光を使って物質を観察すると、光のエネルギー（色）によって物質の見え方が変わる。同様に、電子を使って物質を観察する場合も、電子のエネルギーによって物質の見え方が大きく変わってしまう。そのため、物質を詳細に理解するためには、光や電子のエネルギーを変えながら、物質の見え方の変化を観察する必要がある。これが分光顕微鏡の技術だ。
今回、東京理科大学などの研究チームは、これまで実用化が困難だった広いダイナミックレンジでの分光電子顕微鏡を、新しい手法で実現する技術を開発した。
従来の方法では、単色の電子ビームのエネルギーを変化させながら照射することで観察が行われていたが、新手法では、単色電子ビームを物質に照射した際に生じる二次電子をビーム源とする発想の転換がなされている。二次電子は広いエネルギー分布を持つため、測定モードの工夫とそのデータの数理統計処理だけで、広いエネルギー範囲での測定が一度に可能となった。
この技術の実現にあたっては、二次電子に含まれるバックグラウンド信号の除去が課題となったが、これには天文学で微弱な星の信号を精密に得るために開発された4点計測法を応用した。統計処理を施した実測値は、理論値と良く一致することも確認された。
この技術は、通常は存在の検知すら難しく、大面積で品質の均一性を確保するのが難しいナノ薄膜の研究にとって、重要なものになると言える。
論文情報：【Nature Communications】Virtual substrate method for nanomaterials characterization
