創発現象観測技術研究チーム

主宰者

主宰者名 進藤 大輔 Daisuke Shindo
学位 工学博士
役職 チームリーダー
略歴
1982 東北大学大学院工学研究科 博士課程修了
1982 東北大学金属材料研究所 助手
1992 東北大学素材工学研究所 助教授
1994 東北大学多元物質科学研究所 教授
2010 理化学研究所 量子現象観測技術研究チーム 客員研究員
2012 同 創発現象観測技術研究チーム チームリーダー
2013 同 創発物性科学研究センター 量子情報エレクトロニクス部門 創発現象観測技術研究チーム チームリーダー (現職)
2019 東北大学 名誉教授(現職)

研究室概要

当チームでは、創発現象の観測と解析を目的に、先端電子顕微鏡法、特に電子線ホログラフィーにより試料内外の電磁場の解析を行っている。電子線ホログラフィーは電子の波動性に注目し、その干渉効果を利用して電磁場をナノスケールで可視化できる最先端の計測技術である。電磁場のその場観察を実現するため、複数の探針を装着した多機能の試料ホルダを開発し、電圧や磁場を試料に印加した際の試料内外の電磁場の変化を追跡し、その電気的・磁気的特性との対応も明らかにしている。これらの観測技術の高分解能化と高精度化を図りつつ、新規に見出された多粒子系・多自由度系物質における創発現象の機構解明を推進している。

研究分野

材料科学、物理学、工学

キーワード

イメージング
電子顕微鏡
ローレンツ顕微鏡法
磁束量子
電子線ホログラフィー
ナノ磁性

研究紹介

電子の蓄積とその集団運動のその場観察

材料の電磁気特性を理解するためには、その内外に分布する電磁場を解析することが必要である。さらに電磁場は、多様な電子の振る舞いを起源としており、その可視化は電磁気特性を体系的に理解する上で不可欠である。電磁場による入射電子の位相変化を検出できる電子線ホログラフィーを用いて、我々は複雑な形態を持つ生物試料をはじめ、各種の絶縁体の帯電効果を利用することで試料近傍での、2次電子の集団運動の可視化に成功している。図はネズミの坐骨神経の微細線維(緑)周辺で観察された振幅再生像の例である。左下のカラースケールが示すように、電子の動きによる電場の乱れた領域が明黄色(干渉縞のvisibilityと振幅再生像のコントラストの低下に対応)で表示されている。上図の電子線照射初期では、電場の乱れに対応する領域は目立たないのに対し、電子線照射を継続する(下図2枚)と電場の乱れが増大し時間とともにその分布が変化する様子が捉えられている。一連の観察結果は、一旦試料から放出された2次電子が、電子線照射時間の増大とともに次第に強く帯電した絶縁体試料に引き付けられ、枝に囲まれた領域に徐々に蓄積し、集団的に移動している様子を示している。

図

ネズミの坐骨神経の微細線維(緑)周辺の振幅再生像。時間経過と共に電子の動きに伴う電場の乱れが生じた明黄色部が、枝に囲まれた領域内の矢印の部分に明瞭に観察される。

メンバー一覧

進藤 大輔 Daisuke Shindo

チームリーダー daisuke.shindo[at]riken.jp

原田 研 Ken Harada

上級研究員

岩崎 洋 Yoh Iwasaki

技師

嶌田 惠子 Keiko Shimada

テクニカルスタッフI

主要論文

  1. K. Niitsu, Y. Liu, A. Booth, X. Yu, N. Mathur, M. Stolt, D. Shindo, S. Jin, J. Zang, N. Nagaosa, and Y. Tokura

    Geometrically stabilized skyrmionic vortex in FeGe tetrahedral nanoparticles

    Nat. Mater. 21, 305–310 (2022)
  2. H. Idzuchi, F. Pientka, K. F. Huang, K. Harada, O. Gul, Y. J. Shin, L. T. Nguyen, N. H. Jo, D. Shindo, R. J. Cava, P. C. Canfield, and P. Kim

    Unconventional supercurrent phase in Ising superconductor Josephson junction with atomically thin magnetic insulator

    Nat. Commun. 12, 5332 (2021)
  3. D. Shindo, and Z. Akase

    Direct observation of electric and magnetic fields of functional materials

    Mater. Sci. Eng. R Rep. 142, 100564 (2020)
  4. D. Shindo, T. Tanigaki, and H. S. Park

    Advanced Electron Holography Applied to Electromagnetic Field Study in Materials Science

    Adv. Mater. 29, 1602216 (2017)
  5. M. Nakamura, F. Kagawa, T. Tanigaki, H. S. Park, T. Matsuda, D. Shindo, Y. Tokura, and M. Kawasaki

    Spontaneous Polarization and Bulk Photovoltaic Effect Driven by Polar Discontinuity in LaFeO3/SrTiO3 Heterojunctions

    Phys. Rev. Lett. 116, 156801 (2016)

研究紹介記事