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【物性】低エネルギーの電子ビームを用いて単層カーボンナノチューブの原子配列観察に成功 北大・日立

1 :一般人φ ★:2011/05/04(水) 00:22:51.65 ID:???
北海道大学(北大)は、日立製作所と共同で、電子顕微鏡を用いて単層カーボンナノチューブ(SWCNT)の
1つ1つの炭素原子を画像として捉えることに成功したことを発表した。同成果は、米国物理学協会の発行する
応用物理学の専門速報誌「Applied Physics Letters」(オンライン版)に掲載された。

カーボンナノチューブ(CNT)は炭素原子からなる円筒状の物質で、高い強度を持つことや構造によって
半導体や導体に性質が変わるなど、その特性を利用した様々な応用が期待されている物質だが、
SWCNTを電子顕微鏡で観察しようとしても、個々の炭素原子を識別できるほどの高倍率で
観察しようとした場合、CNTに強力な電子線を
照射する必要があり、結果としてCNTが壊れてしまうことから観察が難しかった。また、チューブ状の複雑な
構造体であることも観察を難しくしている要因となっていた。

こうした課題に対し、同大大学院工学研究院 応用物理学部門 郷原一寿教授の研究グループは日立と共同で、
従来の電子顕微鏡のように電子レンズを使って結像させるのではなく、試料によって散乱された電子を回折
パターンとして捉えてコンピュータで計算処理する技術により画像化することで、弱い電子線でも高倍率での
観察が可能な回折イメージング法の開発に取り組んできており、これまで、多層CNT(MWCNT)を用いた検証では、
30keV の電子ビームを用いて、分解能0.34nmが得られることを確認していたものの、1つ1つの原子を
画像として捉えるまでには至っていなかった。

今回、これまで困難であったCNTのような複雑で軽い原子から構成される物質を、原子レベルの高倍率で
観察するための技術を新たに開発し、走査電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope:SEM)をベースに試作した
電子回折顕微鏡を、0.1nmより小さい構造の情報まで得られるような回折パターンの広視野化を図った。

また計算機処理においては、回折パターンに含まれていたノイズを低減し、CNT以外からの情報を
極力排除する手法を採用した。

観察に用いた電子顕微鏡は、試料に照射された電子の散乱状態からコンピュータで原子像を再生する
"回折イメージング法"を採用している。同手法は、従来の原子像の観察に用いられている透過型電子顕微鏡
(Transmission Electron Microscope:TEM)と比べて低いエネルギーで長時間の観察ができるため、試料への
損傷が少なく、炭素原子のような軽元素を観察できる特長がある。

今回、研究グループでは分解能を向上する技術を開発することで、低エネルギー型のTEMと比べて半分の
エネルギーとなる30keVの電子ビームを用いて、立体的なSWCNTの原子配列を観察することに成功したという。

実際に開発した回折イメージング法を用いて30keVの電子ビームで軽元素で構成された三次元構造体である
SWCNTの観察を実施し、シミュレーションとの比較による検証を行ったことで、構成する1つ1つの炭素原子を
画像として捉えることを実証した。これは分解能0.12nmに相当するという。

なお、今回開発した低エネルギーの電子ビームによる高分解能観察技術は、新有機材料の開発において重要となる、
三次元的構造体の原子レベルでの設計において有用な評価ツールになることが期待される研究グループでは
説明しており、今後、CNTやグラフェンなどの観察手法の確立とともに、バイオ、環境、エネルギー、
エレクトロニクスなどのライフイノベーション、グリーンイノベーションに関連する広範囲な分野において、
これまでナノスケールの構造解析が難しかった軽元素から構成される多くの素材を、原子スケールの高分解能で
直接観察する新たな方法として研究開発を進める計画としている。

▽記事引用元 マイコミジャーナル(2011/04/28)
http://journal.mycom.co.jp/news/2011/04/28/107/index.html

▽北海道大学プレスリリース
http://www.hokudai.ac.jp/bureau/topics/press_release/110427_pr_eng.pdf

▽Applied Physics Letters
「Low voltage electron diffractive imaging of atomic structure in single-wall carbon nanotubes 」
http://apl.aip.org/resource/1/applab/v98/i17/p174103_s1?isAuthorized=no



2 :名無しのひみつ:2011/05/04(水) 00:25:17.97 ID:781LD/ir
短く3行くらいにまとめてくれ



3 :名無しのひみつ:2011/05/04(水) 00:28:12.58 ID:vlSA3OcW
で、その画像は?

4 :名無しのひみつ:2011/05/04(水) 00:48:16.48 ID:c+GQkr+d
>>2




5 :名無しのひみつ:2011/05/04(水) 00:54:50.55 ID:mNANUjad
なるほど、なるほど、なるほどな

6 :名無しのひみつ:2011/05/04(水) 01:09:24.23 ID:9mX4C7gq
極めて難解だが、ただ一つ理解できた事がある。私には全く分からんと言う事実が。

7 :名無しのひみつ:2011/05/04(水) 01:11:08.40 ID:N3WuXVVI
>>2
いままで捉えられなかった
単層カーボンナノチューブ(SWCNT)の炭素原子を
観察出来るようになったよ



8 :名無しのひみつ:2011/05/04(水) 01:46:29.92 ID:yKCNbiqV
分からなすぎて伸びないw

9 :名無しのひみつ:2011/05/04(水) 01:55:19.57 ID:Cj4iX2fa
>>6
無知の知ってわけだ

10 :名無しのひみつ:2011/05/04(水) 01:59:28.71 ID:3mrSDs9H
http://kaken.nii.ac.jp/d/r/40153746

面白い経歴の先生だな。
元々は生物系の研究だったが、測定法をつきつめていくのが高じて
数学系に走ったという感じか。

11 :名無しのひみつ:2011/05/04(水) 02:02:36.17 ID:cy50fMT1
観察できた事を証明したシミュレーションがスゲエと思ってしまった
でも、そのシミュレーションの検証はどうやったんだろう?

12 :名無しのひみつ:2011/05/04(水) 02:17:18.47 ID:cO9rz3JU
パクられない。
研究もしないと!

13 :名無しのひみつ:2011/05/04(水) 02:17:58.62 ID:bXKHBpJr
シミュレーションの検証をどうしたかは分からないけど
重い原子でできた物質を通常の電子顕微鏡と
今回の「電子回折顕微鏡」の両方で観察してみれば
解像度がどんなものか実感できそうな気がするけど、どうなの?

14 :名無しのひみつ:2011/05/04(水) 02:23:21.36 ID:j8ClMkgR
この技術はなにに応用できるの?

15 :名無しのひみつ:2011/05/04(水) 02:33:13.65 ID:uE4CjTnk
これってどうやって「観察に成功した」って判断してるの?
他に正確な観察方法があって、それと比較して判断したの?

16 :名無しのひみつ:2011/05/04(水) 02:33:58.31 ID:uE4CjTnk
ああCNTがあるのね

17 :名無しのひみつ:2011/05/04(水) 02:35:42.43 ID:Cj4iX2fa
物質そのものを”観察”することは不可能です。

18 :名無しのひみつ:2011/05/04(水) 03:56:47.09 ID:iKcGEEBO
>>6
そういう姿勢が大事だな
俺も何か忘れていた物を見つけたようだ

19 :名無しのひみつ:2011/05/04(水) 07:05:28.56 ID:lUEjI5uY
戦艦並みのBEAM砲を持っているというのか


20 :名無しのひみつ:2011/05/04(水) 10:49:16.90 ID:i3uJ394f
何か原子の並びに見えるようなランダム画像を生成するプログラムを作り、
電子回析のデータがランダム画像のシードになってるんじゃないか?

21 :名無しのひみつ:2011/05/04(水) 11:34:46.53 ID:M5gW8jRg
プレスリリース見ても文字しか書いてない。画像や詳しい説明は
論文を入手して嫁って事だろうけど、嘘っぽい気がしないでもない。

22 :名無しのひみつ:2011/05/04(水) 11:57:24.79 ID:M9AYJ+4/
ノーベル賞ゲット!
朝鮮人すまん。

23 :名無しのひみつ:2011/05/04(水) 12:29:46.57 ID:3mrSDs9H
http://www.sapporo.jst-plaza.jp/kenkyukadai2007.html
http://pfwww.kek.jp/pf-seminar/ERL/ERLScience1/abst/gohara_kazutoshi.pdf

通常のTEM:電子線→試料→電子線回折→磁気レンズ→実画像
試料を電子線が透過すると回折を生じ回折パターンを投影する。
通常の透過型電子顕微鏡は磁気レンズを使用して実画像に変換するが、
この研究は回折パターンを実画像に変換するのにコンピュータを使用する。

理想的な配列した試料を定義して、経路をすべて
コンピュータシュミレーションで行う手法は既に報告・検証されている。
http://www.hulinks.co.jp/software/mactempas/index.html
こんなの。開発中。
http://www.nature.com/nature/journal/v444/n7115/fig_tab/nature05200_F1.html
これは別の論文だが、実際の透過型電子顕微鏡像とフルシミュレーションの比較画像。


今回の報告は、実際の回折パターンからデジタルレンズを使用した実像を得て、
それと(そしておそらく回折パターンも)フルシミュレーションと比較しました。
そういう報告。
メリットは、デジタル化することでレンズの収差やノイズを除去できますよ、
それにより低加速度でも測定できますよ、低加速度だと有機物など
高加速度電子線で分解する試料も測定できますよ、という事。


>>22
一方韓国人はフォトショを使った。

まぁ、この辺りは「生データにどれだけ手を加えていいのか」という話とも絡むので、
序々にオーソライズされていくでしょ。たぶん。
あとノーベル賞はないな。

24 :名無しのひみつ:2011/05/04(水) 12:35:14.92 ID:M9AYJ+4/
なんだ、ノーベル賞ないんかい! 

25 :名無しのひみつ:2011/05/04(水) 21:29:13.20 ID:hBnY5TnU
なかった分野を一つ作るくらいでないと取れないわな。
最初の電子顕微鏡を設計した人はノーベル賞取ったよ。

26 :名無しのひみつ:2011/05/04(水) 23:19:42.22 ID:wep0KJa0
>>14
たぶんタンパク質を電子顕微鏡で観察するときに
今までだったら見たいタンパク質が電子ビームで加熱されて短時間で炭になってしまうが
今回の技術で炭にならない低エネルギーでタンパク質を観察できるようになると思う

27 :名無しのひみつ:2011/05/05(木) 00:32:46.03 ID:+k7I8L5E
これってフーリエ変換でOK?

28 :名無しのひみつ:2011/05/05(木) 16:55:51.85 ID:8Zx7Twoo
今までは電子線やX線で規則的な結晶構造解析はできたけど、配列が不規則な物体の解析はできなかった。
今回のは、配列が不規則なものでも条件付けとフーリエ変換を繰り返し行うことによって原子配列が分かる
みたいなことを2年位前の学会で聞いたことがあるような気がする。

29 :名無しのひみつ:2011/05/05(木) 21:50:38.28 ID:em7fAs+s
良く分からない時は「地味に凄い」って書いてる

30 :名無しのひみつ:2011/05/06(金) 08:58:11.49 ID:vHr85LsO
BNNTのBとNは区別できるのかな

31 :名無しのひみつ:2011/05/17(火) 19:20:59.20 ID:09q+D4cf
【オピニオン】福島の事故でも原発は死なず
リチャード・K・レスター
ttp://jp.wsj.com/Opinions/Opinion/node_217342
 今年は、原子核の発見から100年、核分裂の発見から70余年を数える。歴史的には、現在の原子力工学は、
電子工学で言えば大体1990年の段階に相当する。1990年以降、電子工学の分野には、送電網、テレビ、通信、
電子工学およびコンピューター革命など、様々な製品、技術の出現が続く。どれをとっても1990年当時の
電気技師には想像もつかない。

 福島の原発事故を受けてすでに新たな技術が研究されており、より期待が持てる。日本の原発で起きた
水素爆発を招かないためにも、水素を生む高温の蒸気に反応しない新たな燃料被覆材が開発中だ。
他の新型発電所の設計では、停止した原子炉の燃料を冷却する方法として、電動ポンプやバルブ、
人間の作業に頼るのではなく、自然な熱の伝導・対流を利用している。

 コンピューターの進歩で、以前よりはるかに正確な原子炉のシミュレーションが可能になっている。
コンピューティングの進歩は、文字通り原子ベースで放射性物質に耐性のある素材や、核廃棄物を
数万年安全に貯蔵できるナノ構造の設計も可能にするかもしれない。現時点で、こうしたことすべてが
予測される。未来には、さらなる進歩が確実にある。

32 :名前をあたえないでください:2011/06/08(水) 02:44:04.93 ID:iMSKW4fN
>>31
福島原発の事故で分かった最も重要なことは、
原発は、最悪の事故でも、誰も死なないし、何の健康被害も発生しないことが
実証されたことだ。

そのうえ、放出された放射性物質の放射線が健康に無害なら、
理性的に判断すれば、原発を否定する理由は何もない。

放射線は恐くない

http://www.nicovideo.jp/watch/sm14374852



我々は、原発をデーモンとみなす原発危険妄想が崩壊していく歴史的過程の目撃者かも。
ガリレイの地動説により、キリスト教の世界観が崩壊していった大変革の目撃者のように。


33 :名無しのひみつ:2011/06/08(水) 08:00:36.79 ID:ucHTztjU
理論的にはできそうだけど、実現はめんどくさそうな技術か。
簡単にいえば顕微鏡の分解能が一歩進んだって事か。

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