加速電子と光子の時間相関電子顕微鏡を実現　〜個々の加速電子を利用してナノスケール発光寿命を計測〜

【要点】

○積極的なパルス励起を必要としないナノスケール発光寿命計測電子顕微鏡を実現 。
○個々の電子をパルスとして 利用し、加速電子と電子線励起発光光子の時間相関を計測 。
○発光ダイナミクスの観察や、異粒子間のもつれを利用した量子技術への応用を期待。


【概要】

東京工業大学 物質理工学院 材料系の柳本宗達大学院生（博士後期課程）、山本直紀研究員、三宮工准教授、静岡大学 理学部の弓削達郎准教授、九州大学 先導物質化学研究の斉藤光准教授、量子科学技術研究開発機構 高崎量子応用研究所の秋葉圭一郎主幹研究員らの研究グループは、加速電子と、電子線励起発光（カソードルミネセンス（用語１））による光子の時間相関により、電子一つ一つを励起パルスとして利用することで、ナノスケールでの物質の発光寿命（用語２）計測に成功した。

今回新たに開発した電子−光子相関電子顕微鏡法により、光の回折限界をはるかに上回る電子線分解能での発光ダイナミクス観察だけでなく、加速電子と放出光子の量子もつれの効果を抽出できる相関パラメタの評価も可能になった。
本手法は、標準的な電子源から放出された電子一つ一つをパルスとして利用するため、大掛かりな電子線パルス装置が必要なく、通常の電子顕微鏡の電子線源をそのまま利用できる。
この成果は、発光ダイナミクスの観察や、異粒子間のもつれを利用した量子技術などへの応用が期待される。

本成果は2023年９月20日発行のSpringer Nature社 「Communications Physics」に掲載された。


【用語説明】

（用語１）カソードルミネセンス：加速電子により励起された発光。古くはブラウン管ディスプレイ（CRT）などで用いられている。
（用語２）発光寿命：物質内の電子が励起されてから、光子を放出して緩和するまでの時間。LEDやレーザーダイオードなどの発光材料の性能を左右するだけでなく、生体内のpHや局所温度などさまざまな計測にも用いられる。


【論文情報】

掲載誌：Communications Physics
論文タイトル：Time-correlated electron and photon counting microscopy
著者：Sotatsu Yanagimoto, Naoki Yamamoto, Tatsuro Yuge, Hikaru Saito, Keiichirou Akiba, Takumi Sannomiya
DOI：10.1038/s42005-023-01371-1