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【VR動画】 未だ見たことない世界!電子顕微鏡で見てみよう!【施設紹介】

みなさんは『電子顕微鏡』というものをご存知ですか?
おそらく顕微鏡と聞いてぱっと思い浮かぶのは中学校や高校で使っていた光学顕微鏡だと思います。

今回は光学顕微鏡とは比べ物にならないくらい微細なものを見ることができる電子顕微鏡について、理工学部の電子顕微鏡を管理していただいている今井先生にお話を伺いました!

子顕微鏡ってどんなもの?

電子顕微鏡を使った観測方法

ー今回は取材に応じていただきありがとうございます!私は情報メディア学科二回の北村です!本日はどうぞよろしくお願いします!

今井先生(以下,今井):よろしくお願いします。

 

ー早速ですが,電子顕微鏡とは具体的にはどういったものなのですか?

今井:電子顕微鏡とはその名の通り電子を使って試料を細かく見ることができる顕微鏡です。
「電子を使う」というのは,顕微鏡内に設置された電子銃から電子が放出され,その電子が試料を突き抜け,突き抜けた電子を観察するということです。

▲今回紹介してくださった電子顕微鏡
(日本電子社製の透過型電子顕微鏡JEM-F200)

 

電子を放出して行なうとのことですが,電子はどのようにして生成されるのですか?

今井:電子を発生させる方法は主に2種類あります。
1つは加熱による方法で、エジソン効果と呼ばれる,白熱電球の中のフィラメントを約3000度まで加熱すると光と一緒に電子も発生される熱放出型と呼ばれるものですね。
もう1つは先端をひどく細く尖らした単結晶に対して電圧をかけると、トンネル効果によって結晶の表面に存在する電子が電圧によって引っ張られて出てくるという電界放出と呼ばれる現象が起きます。
この電子顕微鏡は後者の方法で電子を発生させています。

△隣の部屋には熱放出型の電子顕微鏡が!

 

―電界放出を用いた電子顕微鏡と加熱による電子の生成をしている電子顕微鏡では、性能にどのくらいの差があるんですか?

今井: 数値としてはそれほど差は出ないんですけど、例えば発生させる電子線(ビーム)の太さでいうと、電界放出のほうが約100倍ほど細いです。つまり、含まれる電子密度が100倍ほど高くなるということです
電子顕微鏡で最も重要なものは波長で,ムラの少ない電子を使用するとより小さなものが見え,電子密度が高いほど画像がきれいに見えるので,電界放出のほうがそれらの点で優れていますね
実際に見比べると一目瞭然です。

電子顕微鏡はいろんなところでにたっている!

この電子顕微鏡は研究や授業などのどういったところで利用されるんですか?

今井: 例えば,今理工学部の中には6つの学科があるわけですが,言ってしまえば,数理情報学科と情報メディア学科以外では使いますね(笑)

 

―数理と情メ以外ですか(笑)

今井:ソフトウェア関係の方とは無縁ですかね(笑)
電子情報であれば半導体関係や材料開発などをされるとき,機械系だと金属の結晶構造に由来したものを見るときにこの装置は非常に有意義な装置ですね。また少し工夫してあげると磁場を見ることもできます。
物質化学科ではナノマテリアルと呼ばれる小さなもので何かを作るときなどに使いますね。環境ソリューションだと,自然の中で採取した小さなものだったり生物の中の一部分などの確認で使いますね。

▲試料から読み取った画像

 

―大学の外で,一般的にはどのように使われているんですか?

今井:これは非常に幅広いんですが、例えば冬になるとインフルエンザがはやりますよね。そのインフルエンザのウイルスののような微細なものを撮ったりします。このようなウイルスは光学顕微鏡では見ることができないので,電子顕微鏡を使います。
その他には,半導体関係や無機・有機・生物など小さなものだったらなんでも片っ端から見ていくということをしますね。ただどこまで細かく見えるかというのは,本体の性能によって大きく異なります。
実はこれがハイエンドというわけではないんです!

にもいろんな電子顕微鏡がある!?

ーこの大きさのものでもハイエンドではない,ということはハイエンドのものはもっと大きかったりするんですか?

今井:ハイエンドのモデルにも2つの種類があって,一つは超高圧と呼ばれる,電圧を高くして制度を上げるというもので,ここにあるものは200㎸ つまり20万Vの電圧がかかっているんですが,世の中にはミリオンボルト単位の顕微鏡があります
今から30年ほど前,日本は高圧を目指して顕微鏡を作っていて,電圧がミリオンボルト単位の巨大な顕微鏡を作っていました

 


 

今回は今井先生電子顕微鏡の仕組みや種類などについて細かく教えていただきました!
実際に電子顕微鏡を使って半導体を観察している様子は以下のVR動画をご覧ください!

理工学部には,このほかにも様々な施設があるので,気になる方は次の施設紹介の記事を楽しみにしていてください!