東京科學大學開發高對比電子顯微鏡成像法

掃描穿透式電子顯微鏡（scanning transmission electron microscope, STEM）的原理是利用發射的陰極射線（電子射束）掃描要分析的對象，並收集散射的電子進行成像的顯微鏡。掃描穿透式電子顯微鏡相較於光學顯微鏡，得益於其高空間分辨率，可在原子尺度（約0.1nm）將各種材料的結構可視化。不過，面對由有機物和生物體等輕元素構成的數十至數百奈米的結構，會碰上散射較弱、空間頻率較低等原因而難以良好地成像。有些人嘗試導入光學顯微鏡常用之相位板的方法來解決此課題，但相位板本身仍會因電子束照射而逐漸劣化。

對此，東京科學大學物質理工學院材料系、日本電子株式會社、FH Electron Optics等跨領域研究團隊，開發了不使用相位板的相位成像手法，研究團隊將原本明視野成像用的圓形孔徑光圈改為安裝「半圓形孔徑光圈」，無需改變任何其他硬體，即可在從低至高空間頻率的結構中實現均勻傳遞資訊的高對比度成像。此技術原理類似於透射電子顯微鏡中的傅科法及光學成像中的施利倫（Schlieren）法，但在掃描穿透式電子顯微鏡領域尚屬首創。

此次開發的技術僅需用接近一般電子顯微鏡的低成本，就能實現高品質成像效果。這個方法可望讓生物、有機材料領域的研究省去將觀察對象樣本染色的步驟，且經測試還能解析半導體中的電位分佈及磁性材料中的磁場分佈，具有應用於未來電子元件和半導體設備開發領域的潛力。

資料來源：東京科學大學（2025年2月5日）

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