所属
未来材料・システム研究所 附属高度計測技術実践センター 電子顕微鏡計測部 助教
大学院担当
大学院工学研究科
職名
助教
イシダ タカフミ
石田 高史
ISHIDA Takafumi
学位 1
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博士（工学） （ 2015年3月 名古屋大学 ）
研究分野 1
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その他 / その他 / 電子顕微鏡
現在の研究課題とSDGs 2
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高速ダイレクト電子検出器の開発と時間分解電子顕微鏡観察への応用
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フォトカソード電子銃をもちいた新規電子顕微鏡法の開発
経歴 2
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名古屋大学 未来材料・システム研究所 助教
2015年10月 - 現在
国名：日本国
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名古屋大学 エコトピア科学研究所 研究員
2015年4月 - 2015年9月
国名：日本国
学歴 3
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名古屋大学 工学研究科 電子情報システム専攻
2013年4月 - 2015年3月
国名： 日本国
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名城大学 理工学研究科 電気電子工学専攻
2011年4月 - 2013年3月
国名： 日本国
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名城大学 理工学部 電子電気工学科
2007年4月 - 2011年3月
国名： 日本国
所属学協会 3
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日本顕微鏡学会 会員
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応用物理学会 会員
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日本物理学会 会員
受賞 4
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The Japanese Society of Microscopy Award for the Scientific Paper (FUNDAMENTALS) in 2023
2023年6月 The Japanese Society of Microscopy
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風戸研究奨励賞
2023年3月 公益財団法人 風戸研究奨励会 SOI技術をもちいた高速電子直接検出器の開発
石田高史
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日本顕微鏡学会和文誌賞
2022年5月 公益社団法人 日本顕微鏡学会 パルス電子波を用いた時間分解透過電子顕微鏡
桒原真人、横井里奈、水野りら、冨樫将孝、吉田優也、永田渉、古井雅人、中蔵虎二郎、石田高史
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11th International Symposium on Atomic Level Characterizations for New Materials and Devices '17 Excellent Presentation Award
2017年12月 11th International Symposium on Atomic Level Characterizations for New Materials and Devices '17 Development of a voltage applying and heating specimen holder for observation of solid oxide fuel cell's reactions in environmental TEM
Takafumi Ishida
論文 20
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Development of silicon-on-insulator direct electron detector with analog memories in pixels for sub-microsecond imaging 招待有り 査読有り
Takafumi Ishida , Kosei Sugie , Toshinobu Miyoshi , Yuichi Ishida , Koh Saitoh , Yasuo Arai , Makoto Kuwahara
Microscopy 73 巻 ( 6 ) 頁： 511 - 516 2024年12月
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Carbonization of a Molybdenum Substrate Surface and Nanoparticles by a One-Step Method of Femtosecond Laser Ablation in a Hexane Solution 査読有り
Yoshiki Tanaka, Xi Yu, Shusaku Terakawa, Takafumi Ishida, Koh Saitoh, Hongwei Zhang, Toru Asaka, Fumihiro Itoigawa, Makoto Kuwahara, Shingo Ono
ACS Omega 8 巻 ( 8 ) 頁： 7932 - 7939 2023年2月
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Static Hydrophobic Cuprous Oxide Surface Fabricated via One-Step Laser-Induced Oxidation of a Copper Substrate 査読有り
Xi Yu, Yoshiki Tanaka, Tomoki Kakiuchi, Takafumi Ishida, Koh Saitoh, Fumihiro Itoigawa, Makoto Kuwahara, Shingo Ono
Micromachines 14 巻 ( 1 ) 頁： 185 2023年1月
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Ishida Takafumi, Owaki Takeshi, Ohtsuka Masahiro, Kuwahara Makoto, Saitoh Koh, Kawasaki Tadahiro
APPLIED PHYSICS EXPRESS 15 巻 ( 11 ) 頁： 115001 2022年11月
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Kuwahara Makoto, Mizuno Lira, Yokoi Rina, Morishita Hideo, Ishida Takafumi, Saitoh Koh, Tanaka Nobuo, Kuwahara Shota, Agemura Toshihide
APPLIED PHYSICS LETTERS 121 巻 ( 14 ) 頁： 143503 2022年10月
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Thin film growth of Ba(Zn,Fe)(2)As-2 by molecular beam epitaxy 査読有り
Ikegami R., Hatano T., Kiyozawa T., Ishida T., Tomizawa Y., Iida K., Ikuta H.
THIN SOLID FILMS 758 巻 2022年9月
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Observation of domain wall bimerons in chiral magnets 査読有り
T. Nagase, Y. So, H. Yasui, T. ishida, H. Yoshida, Y. Tanaka, K. Saitoh, N. Ikarashi, Y. Kawaguchi, M. Kuwahara, M. Nagao
Nature Communications 12 巻 ( 1 ) 頁： 3490 2021年6月
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Performance of a silicon-on-insulator direct electron detector in a low-voltage transmission electron microscope 査読有り
Takafumi Ishida, Akira Shinozaki, Makoto Kuwahara, Toshinobu Miyoshi, Koh Saitoh, Yasuo Arai
Microscopy 70 巻 ( 3 ) 頁： 321 - 325 2021年6月
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Intensity Interference in a Coherent Spin-Polarized Electron Beam 査読有り
M. Kuwahara, Y. Yoshida, W. Nagata, K. Nakakura, M. Furui, T. Ishida, K. Saitoh, T. Ujihara, N. Tanaka
Physical Review Letters 126 巻 頁： 125501 2021年3月
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Development of a voltage-applicable heating specimen holder for in situ observations of solid oxide fuel cells with an environmental transmission electron microscope 査読有り
Ishida Takafumi, Hiroshima Hideto, Higuchi Kimitaka, Tomita Masahiro, Saitoh Koh, Tanji Takayoshi
SURFACE AND INTERFACE ANALYSIS 52 巻 ( 9 ) 頁： 584 - 590 2020年8月
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桑原 真人, 横井 里奈, 水野 りら, 冨樫 将孝, 吉田 優也, 永田 渉, 古井 雅人, 中蔵 虎二郎, 石田 高史
顕微鏡 55 巻 ( 3 ) 頁： 131 - 138 2020年
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Efficient Measurement of the Orbital-Angular-Momentum Spectrum of an Electron Beam via a Dammann Vortex Grating 査読有り
Noguchi Yuuki, Nakayama Shota, Ishida Takafumi, Saitoh Koh, Uchida Masaya
PHYSICAL REVIEW APPLIED 12 巻 ( 6 ) 2019年12月
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Smectic Liquid-Crystalline Structure of Skyrmions in Chiral Magnet Co8.5Zn7.5Mn4(110) Thin Film 査読有り
Nagase T., Komatsu M., So Y. G., Ishida T., Yoshida H., Kawaguchi Y., Tanaka Y., Saitoh K., Ikarashi N., Kuwahara M., Nagao M.
PHYSICAL REVIEW LETTERS 123 巻 ( 13 ) 2019年9月
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Enhanced Hollow-cone Illumination TEM technique for Dynamical Observations of Light-elemens in Matereials 査読有り
T. Kawasaki, T. Ishida, A. Kuwabara and Y. Ikuhara
AMTC Letters 6 巻 頁： 114-115 2019年
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Operando STEM-EELS Observation of Anodic Reactions in Solid Oxide Fuel Cells 査読有り
6 巻 頁： 112-113 2019年
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石田 高史, 川﨑 忠寛, 丹司 敬義, 生田 孝
顕微鏡 52 巻 ( 1 ) 頁： 13 - 18 2017年
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Development of electrostatic spherical aberration corrector using annular and circular electrodes 査読有り
T. Kawasaki, T. Ishida, Y. Takai, Y. Ogawa, M. Lomita, T. Matsutani, T. Kodama, T. Ikuta
Surface and Interface Analysis 48 巻 ( 11 ) 頁： 1160-1165 2016年
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In situ Observation of Interfaces between Metal Electrode and Solid Oxide Electrolyte Prepared by FIB 査読有り
T. Ishida, T. Tanji, M. Tomita, K, Higuchi, K. Saitoh
AMTC Letters 5 巻 頁： 46-47 2016年
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Phase reconstruction in annular bright-field scanning transmission electron microscopy 査読有り
T. Ishida, T. Kawasaki, T. Tanji, T. Kodama, T. Matsutani, K. Ogai, T. Ikuta
Microscopy 64 巻 頁： 69–76 2015年
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Quantitative evaluation of annular bright-field phase images in STEM 査読有り
T. Ishida, T. Kawasaki, T. Tanji, T. Ikuta
Microscopy 64 巻 頁： 121–128 2015年
講演・口頭発表等 49
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レーザー照射による加熱効果の時間分解計測に向けた MoS2 熱膨張効果の観察
永見 洸陽 , 長尾 全寛 , 齋藤 晃 , 石田 高史 , 桑原 真人
日本顕微鏡学会 第67回シンポジウム 2024年11月2日 日本顕微鏡学会
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スピン偏極電子線を用いたスピン-磁気散乱が及ぼす動力学的効果の検証
中根 爽太 , 齋藤 晃 , 石田 高史 , 桑原 真人
日本顕微鏡学会第67回シンポジウム 2024年11月2日 日本顕微鏡学会
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SOIーCMOS技術を用いた高速電子直接検出器の開発
石田高史
2024年度若手シンポジウム 2024年10月17日 日本顕微鏡学会学際的顕微研究領域若手研究部会
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SOIピクセル検出器を用いた単電子検出による電子線干渉実験
石田 裕一 , 石田 高史 , 桑原 真人 , 新井 康夫 , 齋藤 晃
第85回 応用物理学会秋季学術講演会 2024年9月17日 応用物理学会
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SOI技術を用いた高速撮影可能なダイレクト電子検出器の開発
石田 高史 , 石田 裕一 , 桑原 真人 , 新井 康夫 , 齋藤 晃
第85回 応用物理学会秋季学術講演会 2024年9月17日 応用物理学会
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透過型電子顕微鏡における SOI ピクセル検出器 INTPIX4 のイメージング性能評価
石田 裕一 , 石田 高史 , 桑原 真人 , 新井 康夫 , 齋藤 晃
日本顕微鏡学会第80回学術講演会 2024年6月5日 日本顕微鏡学会
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Development of advanced direct electron detection cameras using SOI technology 招待有り
Takafumi Ishida , Kosei Sugie , Yuichi Ishida , Koh Saitoh , Yasuo Arai , Makoto Kuwahara
The 80th Annual Meeting of The Japanese Society of Microscopy 2024年6月2日 The Japanese Society of Microscopy
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マルチスライス法へのスピン偏極効果の導入
中根 爽太 , 齋藤 晃 , 石田 高史 , 桑原 真人
日本顕微鏡学会第80回学術講演会 2024年6月4日 日本顕微鏡学会
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ピコ秒パルス電子線を用いた金ナノ粒子のレーザー照射下における超高速構造変化の観察
永見 洸陽 , 牧元 翔太郎 , 齋藤 晃 , 石田 高史 , 桑原 真人
日本顕微鏡学会第80回学術講演会 2024年6月4日 日本顕微鏡学会
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サブマイクロ秒時間分解観察のための SOI 直接電子検出器の開発
石田 高史 , 杉江 晃成 , 石田 裕一 , 齋藤 晃 , 新井 康夫 , 桑原 真人
日本顕微鏡学会第80回学術講演会 2024年6月5日 日本顕微鏡学会
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Robust Principal Component Analysis Applied to Dynamic Observation in Time-Resolved Transmission Electron Microscope 国際会議
Hiroki Yamaguchi, Shotaro Makimoto, Ryosuke Mori, Koh Saitoh, Takafumi Ishida and Makoto Kuwahara
International Conference on Materials and Systems for Sustainability 2023 2023年12月2日 Organizing committee of ICMaSS2023, Nagoya University
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Elucidation of Annealing Effect on a Laser-Irradiated ZnO Subsrate Surface by Transmission Electctron Microscope 国際会議
Koyo Nagami, Xi Yu, Takafumi Ishida, Koh Saitoh and Makoto Kuwahara
International Conference on Materials and Systems for Sustainability 2023 2023年12月2日 Organizing committee of ICMaSS2023, Nagoya University
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Development of a data acquisition system for a silicon-on-insulator detector with analog memories for high-speed electron imaging 国際会議
Kosei Sugie, Takafumi Ishida, Makoto Kuwahara, Yasuo Arai and Koh Saitoh
International Conference on Materials and Systems for Sustainability 2023 2023年12月2日 Organizing committee of ICMaSS2023, Nagoya University
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In-situ observation of electric potential in time-resolved transmission electron microscopy 国際会議
Shotaro Makimoto, Kazuko Uchida, Koh Saitoh Takafumi Ishida and Makoto Kuwahara
International Conference on Materials and Systems for Sustainability 2023 2023年12月2日 Organizing committee of ICMaSS2023, Nagoya University
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Development of a Measurement Method for Critical Current Density of Poly-crystalline Superconductors Using Electron Backscatter Diffraction 国際会議
R. Hikosaka, K. Shimada, T. Hatano, T. Ishida, S. Tokuda, Y. Hasegawa, A. Yamamoto, K. Iida, K. Saitoh, M. Kuwahara and H. Ikuta
International Conference on Materials and Systems for Sustainability 2023 2023年12月2日 Organizing committee of ICMaSS2023, Nagoya University
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Development of a transmission photocathode using thin film lanthanum hexaboride 国際会議
Takafumi Ishida, Makoto Kuwahara and Koh Saitoh
International Conference on Materials and Systems for Sustainability 2023 2023年12月2日 Organizing committee of ICMaSS2023, Nagoya University
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Introduction of Spin-Polarization Effects into Multislice Methods 国際会議
Sota Nakane, Takahumi Ishida, Koh Saito and Makoto Kuwahara
International Conference on Materials and Systems for Sustainability 2023 2023年12月2日 Organizing committee of ICMaSS2023, Nagoya University
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Development of high-speed electron-beam imaging using SOI image sensors 招待有り
2023年9月28日
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Development of 100-kV time-resolved TEM using a semiconductor photocathode and observation of transient phenomena in energy-loss spectrum 国際会議
M.Kuwahara, T.Ishida, K.Smith, H.Morishita, S.Kuwahara, T.Agemura
The 20th International Microscopy Congress 2023年9月 IFSM,KOREAN SOCIETY OF MICROSCOPY
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Transient Phenomena of Plasmons on Gold Nanoparticle Investigated by Time-resolved TEM 国際会議
M. Kuwahara, T. Ishida, H. Morishita, S. Kuwahara, and T. Agemur
IAMNano2023 実⾏委員会 2023年6月
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Elucidation of Annealing Effect on a Laser-irradiated ZnO Substrate Surface by Transmission Electron Microscope 国際会議
K. Nagami, X. Yu, T. Ishida, K. Saitoh, and M. Kuwahara
IAMNano 2023 International Workshop on Advanced and In-situ Microscopies of Functional Nanomaterials and Devices 2023年6月 IAMNano2023 実⾏委員会
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環状暗視野走査透過電子顕微鏡法における電子 ベッセルビームの焦点深度拡大効果
石田 高史 , 大塚 真弘 , 桑原 真人 , 齋藤 晃 , 川崎 忠寛
日本顕微鏡学会第79回学術講演会 2023年6月26日 日本顕微鏡学会
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透過電子顕微鏡を用いたZnO材料の熱処理効果の解明
永見 洸陽 , 余 希 , 石田 高史 , 齋藤 晃 , 桑原 真人
日本顕微鏡学会第79回学術講演会 2023年6月28日 日本顕微鏡学会
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100kV時間分解TEMを用いた電子エネルギー損失分光におけるピコ秒過渡現象の観測
桒原 真人 , 牧元 翔太郎 , 山口 紘輝 , 中根 爽太 , 永見 洸陽 , 石田 高史 , 齋藤 晃 , 森下 英郎 , 長沖 功 , 桒原 彰太 , 揚村 寿英
日本顕微鏡学会第79回学術講演会 2023年6月28日 日本顕微鏡学会
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メモリを搭載したSOI検出器のデータ収集システムの開発
杉江 晃成 , 石田 高史 , 桑原 真人 , 新井 康夫 , 齋藤 晃
日本顕微鏡学会第79回学術講演会 2023年6月28日 日本顕微鏡学会
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100kV時間分解TEMにおける電圧印加ホルダー の開発とpn接合のその場観察への応用
牧元 翔太郎 , 内田 和子 , 齋藤 晃 , 石田 高史 , 桑原 真人
日本顕微鏡学会第79回学術講演会 2023年6月28日 日本顕微鏡学会
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低加速透過電子顕微鏡によるSOI技術を用いた ダイレクト電子検出器の性能評価 招待有り
石田 高史 , 篠崎 暉 , 三好 敏喜 , 齋藤 晃 , 桑原 真 , 新井 康夫
日本顕微鏡学会第79回学術講演会 2023年6月27日 日本顕微鏡学会
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SOI-CMOS技術を用いた電子顕微鏡用半導体イ メージセンサの開発 招待有り
新井 康夫 , 石田 高史 , 桑原 真人
日本顕微鏡学会第79回学術講演会 2023年6月26日 日本顕微鏡学会
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LaB6薄膜をもちいた透過光型フォトカソード電子銃の開発
石田高史、桑原真人、齋藤晃
第70回 応用物理学会春季学術講演会 2023年3月16日 応用物理学会
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フェムト秒レーザーパルスによる酸化亜鉛の表面劈開
余 希、武田 有真、濱崎 周太、石田 高史、桑原 真人、齋藤 晃、糸魚川 文広、小野 晋吾
レーザー学会学術講演会第43回年次大会 2023年1月18日 レーザー学会
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ワンステップレーザー照射による銅基板表面の撥水性形成
余 希、田中 良樹、垣内 智貴、石田 高史、齋藤 晃、糸魚川 文広、桑原 真人、小野 晋吾
レーザー学会学術講演会第43回年次大会 2023年1月18日 レーザー学会
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Surface cleavage of zinc oxide induced by femtosecond laser irradiation 国際会議
Xi Yu, Yuma Takeda, Shuta Hamasaki, Takafumi Ishida, Makoto Kuwahara, Koh Saitoh, Fumihiro Itoigawa, Shingo Ono
The 15th Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO-PR 2022) 2022年8月4日 CLEO-PR2022 Organizing Committee
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レーザー駆動型電子銃およびダイレクト電子検出器を搭載した透過電子顕微鏡による時間分解観察 招待有り
石田高史
2021年度WEBシンポジウム 2021年11月17日 日本顕微鏡学会学際的顕微研究領域若手研究部会
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Dynamic Observation of Reversible Phenomena in A Time-resolved Transmission Electron Microscope using An Optical-frequency Stabilization Technique 国際会議
Masato Furui, Kojiro Nakakura, Yuya Yoshida, Wataru Nagata, Takafumi Ishida, Koh Saitoh, Makoto Kuwahara
International Conference on Materials and Systems for Sustainability 2021 2021年11月5日 Nagoya University
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Time-resolved measurement in ultrafast transmission electron microscopy 国際会議
Makoto Kuwahara, Kojiro Nakakura, Masato Furui, Takafumi Ishida, Koh Saitoh
International Conference on Materials and Systems for Sustainability 2021 2021年11月5日 Nagoya University
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Sub-microsecond Electron Imaging using a Time-resolved Transmission Electron Microscope with an SOI Pixel Detector 国際会議
Takafumi Ishida, Akira Shinozaki, Toshinobu Miyoshi, Koh Saitoh, Yasuo Arai, Makoto Kuwahara
International Conference on Materials and Systems for Sustainability 2021 2021年11月5日 Nagoya University
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Single-Shot Imaging in TEM with a High-Charge Bunched Beam 国際会議
Kojiro Nakakura, Masato Furui, Yuya Yoshida, Wataru Nagata, Takafumi Ishida, Koh Saitoh, Makoto Kuwahara
International Conference on Materials and Systems for Sustainability 2021 2021年11月5日 Nagoya University
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透過電子顕微鏡による先端時間分解計測技術の研究開発 招待有り
石田高史
東海NFRW・東海地区若手チャプタージョイントワークショップ 2021年10月19日 応用物理学会
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Application of SOI integration-type pixel sensors and up-to-date process
Toshinobu Miyoshi, Yasuo Arai, Kazuhiko Hara, Toshiaki Inada, Takafumi Ishida, Yoshio Kamiya, Tsutomu Mibe, Shingo Mitsui, Ryutaro Nishimura, Toshihiko Sasaki, Takehiro Takayanagi, Toru Tsuboyama, Miho Yamada, Taha Youssef
2021 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference 2021年10月21日 IEEE Nuclear & Plasma Sciences Society
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光電陰極電子源を用いた100kVパルス透過電子顕微鏡による時間分解計測
桑原真人、水野りら、中蔵虎次郞、古井雅人、森下英郎、石田高史、長沖功、揚村寿英
第82階応用物理学会秋季学術講演会 2021年9月10日 応用物理学会
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電子ベッセルビームをもちいたADF-STEMにおける焦点深度拡大
石田高史、大塚真弘、桑原真人、齋藤晃、川崎忠寛
第82回応用物理学会秋季学術講演会 2021年9月10日 応用物理学会
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パルス透過電子顕微鏡を用いた時間分解計測
桑原真人，水野りら，横井里奈，吉田優也，桒原彰太，石田高史，齋藤 晃，田中信夫
日本顕微鏡学会第77回学術講演会 2021年6月16日 日本顕微鏡学会
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周波数安定化パルスレーザーを用いた可逆反応の動的TEM観察
古井雅人，中蔵虎二郎，吉田優也，永田渉，石田高史，齋藤 晃，桑原真人
日本顕微鏡学会第77回学術講演会 2021年6月 日本顕微鏡学会
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高密度パルス電子線によるシングルショットイメージング
中蔵虎二郎, 古井雅人, 吉田優也, 永田渉, 石田高史, 齋藤 晃, 桑原真人
日本顕微鏡学会第77回学術講演会 2021年6月 日本顕微鏡学会
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低加速透過電子顕微鏡による SOI ダイレクト電子検出器の性能評価
石田高史，篠崎 暉，桑原真人，三好敏喜，齋藤 晃，新井康夫
日本顕微鏡学会第77回学術講演会 2021年6月16日 日本顕微鏡学会
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フォトカソードを用いた透過電子顕微鏡における干渉性と時間分解計測への応用
桑原真人，横井里奈，永田 渉，古井雅人，中蔵虎二郎，石田高史，齋藤 晃，田中信夫
日本顕微鏡学会第77回学術講演会 2021年6月16日 日本顕微鏡学会
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MBE法によるBa(Zn,Fe)2As2薄膜の作製及び物性評価
池上 諒，清澤知正，畑野敬史，石田高史，浦田隆広，飯田和昌，生田博志
第68回応用物理学会 春季学術講演会 2021年3月18日 応用物理学会
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カイラル磁性薄膜におけるドメインウォールスキルミオンの観測
長瀬知輝, 肖英紀, 安井隼太, 石田高史, 吉田紘行, 田仲由喜夫, 齋藤晃, 五十嵐信行, 川口由紀, 桑原真人, 長尾全寛
日本物理学会2020年秋季大会 日本物理学会
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SOI ピクセル検出器をもちいたサブマイクロ秒 シングルショットイメージング
石田高史，篠崎暉，桑原真人，三好敏喜，新井康夫，齋藤晃
日本顕微鏡学会第76回学術講演会 2020年5月 日本顕微鏡学会
共同研究・競争的資金等の研究課題 3
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高解像・超高速SOI-CMOS電子直接検出型カメラの開発
2024年10月 - 2026年9月
官民による若手研究者発掘支援事業 マッチングサポートフェーズ
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
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２次元物質およびホウ化物薄膜を用いたフォトカソードの開発
2024年9月 - 2026年3月
第34回自然科学系学術研究助成
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
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SOI技術をもちいた高速電子直接検出器の開発
2023年4月 - 2025年3月
公益財団法人 風戸研究奨励会 風戸研究奨励賞
石田高史
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
配分額：2000000円
科研費 5
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研究課題/研究課題番号：22H03868 2022年4月 - 2026年3月
科学研究費助成事業 基盤研究(B)
齋藤 晃, 石田 高史
担当区分：研究分担者
本研究では、空間中を伝播する電子の波動関数を自在に操る技術の構築を目指し、光から電子への状態転写を利用したまったく新しい電子波の波動関数制御の可能性を実験的に検証する。応募者のグループがこれまで開発してきたスピン偏極パルス透過電子顕微鏡は、電子源として負の電気親和性をもつ半導体フォトカソード型電子銃を搭載している。このフォトカソードに振幅および位相に構造をもつレーザー光を入射し、光から電子への状態転写を利用して振幅および位相に構造をもつ電子線を生成する。この技術を利用した「ZコントラストTEM法」、 「電子らせん波の生成」および「構造化照明電子顕微鏡法」などの新しい電子顕微鏡法の開発を目指す。
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高輝度パルス電子線を用いた高速オペランドイメージング法の開拓
研究課題/研究課題番号：21H04637 2021年4月 - 2025年3月
桑原 真人
担当区分：研究分担者
ナノ電子プローブのパルス特性を発展させ、試料環境と同期した高輝度パルス電子線を応用した高速オペランドイメージング法の研究を進める。これにより、マイクロ秒を超えるナノ構造解析へと高度化することで、高速オペランド計測を介した実動作デバイスの逐次計測を実現し、時間的に変調する外部刺激に対するナノ物質の過渡現象の解明が可能となる。
また、動的なナノ構造解析を通してナノレベルで発現する構造変化を可視化し、局所的な電荷分布やエネルギー緩和過程、相転移などの学理的解明を目指す。さらに、非固定物質の計測を可能にし、生体高分子材料の非破壊、非固定計測を実現し、生体物質の構造機能解明を加速する。 -
空間電荷制限下で動作する薄膜フォトカソード電子銃における雑音低減の研究
研究課題/研究課題番号：21K14535 2021年4月 - 2023年3月
科学研究費助成事業 若手研究
石田 高史
担当区分：研究代表者
配分額：4680000円 （ 直接経費：3600000円 、 間接経費：1080000円 ）
従来の電子源は放出電子数にばらつきがあり、そのばらつきが雑音となり電子顕微鏡像の像質を制限してきた。本研究ではこの制限を克服するためにこれまで電子源の電子放出性能を低下させるとされてきた空間電荷効果を活用し、放出電子を整列させることで量子雑音の低減を目指す。具体的には、空間電荷制限下で動作する薄膜フォトカソード電子銃を作製し、量子雑音が低減された連続・パルス電子線の生成および観測を行う。
本研究では電子銃から放出される電子線の雑音を低減可能な薄膜フォトカソード電子銃の開発を目的に、本年度は１）薄膜フォトカソードの作製、２）電子銃の電極設計・製作および真空チャンバーの立ち上げを主に進めた。１）薄膜フォトカソードの作製では、パルスレーザー堆積法を用いて酸化マグネシウム基板上に六ホウ化ランタンを成膜した。本薄膜は走査透過電子顕微鏡により結晶構造観察と組成分析を行った。六ホウ化ランタン薄膜は多結晶として成膜され、フォトカソードとして利用可能な結晶性薄膜であることがわかった。また基板と薄膜の界面は不純物が析出しておりターゲットの純度の向上が求められることもわかった。２）電子銃の電極設計・製作では、上記の薄膜フォトカソードが搭載可能な電極の設計・製作を進めた。薄膜フォトカソード表面の酸化膜を取り除くために真空中で１３００度以上の高温での加熱が必要となる。そのため電極には高融点材料あるモリブデンをもちいた。薄膜フォトカソードの加熱機構にはタングステンワイヤーによる抵抗加熱方式を採用した。真空チャンバーにヒータ付き電極を搭載し-１kVの電圧印加と１４００度を超える加熱が可能であることを確認した。真空チャンバーの立ち上げでは、スパッタイオンポンプに加え非蒸発型ゲッタポンプを真空チャンバーに搭載した。本真空チャンバーはベーキングにより超高真空が容易に達成され、光電子放出に十分な真空を準備することができた。
当初の計画では2021年度は１）薄膜フォトカソードの作製と２）電極の設計・作製を予定していた。１）については酸化マグネシウム基板上に六ホウ化ランタンを蒸着し、薄膜の作製に成功した。また２）にいてもアノードおよびカソードや加熱機構の開発が完了した。以上のように従来の目的は達成された。これに加えて半導体検出器やレンズステージの設計も完了し次年度の計画の遂行に過不足ない状況である。
高効率な電子線検出が可能な半導体検出器およびフォトカソードへの入射光をマイクロメートルオーダまで集光するためのレンズを真空内に保持するためのホルダーを作製した後、真空チャンバーに搭載し本フォトカソードでの電子放出特性を測定する。フォトカソードの結晶性の向上や電子銃の電極の改良についても実験の進捗に合わせ進める。 -
コヒーレント偏極電子プローブを活用した次世代スピン分析法の開発
研究課題/研究課題番号：17H02737 2017年4月 - 2021年3月
科学研究費補助金 基盤研究B
桑原 真人
担当区分：研究分担者 資金種別：競争的資金
スピン偏極電子線を用いたスピン検出実証のため、らせん磁性やスキルミオンなどの特異な磁性特性を発現するマルチフェロイック物質および磁性薄膜の合成を引き続き実施した。低真空環境下でも観察可能な酸化物強磁性体試料として、コバルト亜鉛系合金を合成した。これは、比較的高い温度でスキルミオンを生成するとされているβ-Mn構造を有するキラル磁性体である。これを、ローレンツ透過電子顕微鏡（LTEM）法によりCoZnNi合金、CoZnFe合金の二種類の磁気構造解析を行った。CoZnNi合金では室温におけるスキルミオン生成の再現性を確認し、表面状態による磁気構造の変化を観察した。CoZnFe合金では室温において特異ならせん磁気構造を観察することに成功した。
前年度に実現したスピン偏極電子線源を搭載した走査電子顕微鏡（SEM）を用いた計測を実施した。これにより、NEA表面を利用した電子銃と低真空度の試料室の両立が可能であることを実証した。しかし、電子源の量子効率低下がみられることから、駆動レーザー強度のフィードバックによる放出電流安定化が必要であることも示唆された。LTEM観察に成功した磁性試料をもちいて新型SEMで観察を行い、入射スピン方向に対する検出強度依存を測定した。スピンアップ・ダウンの２つの信号の差分SE像の取得を実施することに成功した。また、コンピューター上で差分強度マッピングを表示することに成功した。
スピン偏極電子を入射電子とする低加速SEMを活用し、従来のスピン偏極逆光電子分光法における空間分解能を超える分解能で非占有スピン状態マッピング実現のため、本年度は試料のバンドギャップ程度の低エネルギー電子により10μm以下の分解能が得られる条件を検討した。これにより、電子線励起由来の発光を計測することで、非占有状態を観察できるスピン偏極逆光電子分光およびその高精度マッピングが可能となる。
２０１９年度の研究内容は、１）スピン偏極電子銃を搭載した走査電子顕微鏡の実用性検討とそれを用いた磁性試料観察、2) コバルト亜鉛系合金の合成と磁性構造の観察、4)スピンアップ・ダウン走査電子顕微鏡像を用いたスピン差分像の取得、3) 低加速SEMによるスピン偏極電子マッピングの分解能特性の検討の４つである。これら４項目ともに当初計画通り進んでおり、次年度に控える研究に遅延などの影響を及ぼすことなく進行している。さらに、室温において特異な磁気特性を発現する磁性試料作成、スキルミオン状態を発現する外部印加磁場・温度条件を見出すことに成功しており、この点は当初計画よりも進んでいるところとなる。また、装置性能としての問題点も見出され、次年度に新たに改善すべき点を見出すことができている。これにより、次年度以降に計画されるコヒーレントスピン偏極電子線の応用とスピン依存性の計測が計画通り進められる見通しとなる。
２０１９年度に作成した装置と計測群、磁性試料をもちいてスピン依存性の計測に挑む。
低真空環境下でも観察可能な強磁性酸化物を試料とした、入射スピン方向に対する検出強度依存性の測定を引き続き進める。スピン差分BSE像における入射電子エネルギー依存を解析する信号処理シーケンスにより、コンピューター上に自動的に差分強度マッピングが表示される信号処理系を構築する。さらに、スピン差分強度が強い試料部分に走査ビームを固定し、そこから出力される信号の波高分析をすることで、スピン散乱断面積の極大値をとるエネルギー帯を探索する。これによって、スピン依存性を最大化した検出条件を探し、散乱断面積のスピン依存性を物質のフェルミレベル近傍の電子スピン状態と合わせて明らかにする。 -
時間分解電子波干渉の実現とスキルミオンダイナミクスへの応用
研究課題/研究課題番号：17K14117 2017年4月 - 2020年3月
科学研究費補助金 若手研究(B)
石田 高史
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
配分額：4290000円 （ 直接経費：3300000円 、 間接経費：990000円 ）
磁気スキルミオンに代表される微細な磁気構造の動的観察に向けてフォトカソード型の電子銃から放出されるパルス電子線を用いた時間分解電子顕微鏡法の確立を目指した。サブマイクロ秒での高強度パルス電子線の生成に成功し、これをダイレクト電子検出器により同期検出することにより高い信号対雑音比でのシングルショットイメージングを実現した。さらに、高速電子線偏向器とシングルショットイメージングを組み合わることで磁気構造の動的変化のような非可逆過程を観察可能な連続時間分解撮影法を確立し、500ns間隔での像撮影に成功した。
本研究で確立した連続で撮影可能な時間分解電子顕微鏡法により超高速で発現する磁気スキルミオンの可視化が期待できる。また、この手法はスキルミオンダイナミクスの観察のみならず低ドーズ観察が要求される生体試料の観察やガスや液体中でのその場観察にも転用可能である。そのため、本技術の確立は電子顕微鏡を用いた生物系・その場観察分野での貢献も期待される。
担当経験のある科目 (本学) 12
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物理工学実験第２
2023
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物理工学実験第１
2023
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物理工学実験第３
2023
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物理工学実験第３
2022
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物理工学実験第２
2022
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物理工学実験第１
2022
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物理工学実験第３
2021
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物理工学実験第２
2021
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物理工学実験第１
2021
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物理工学実験第2
2020
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物理工学実験第1
2020
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物理工学実験第3
2020
学術貢献活動 3
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応用物理学会学術講演会プログラム編集委員（電子顕微鏡関連）
役割：企画立案・運営等
応用物理学会 2020年9月 - 現在
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日本顕微鏡学会学際的顕微研究領域若手研究部会幹事
役割：企画立案・運営等
2020年4月 - 2023年3月
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日本顕微鏡学会第75回学術講演会プログラム委員
役割：企画立案・運営等
日本顕微鏡学会 2019年3月 - 2019年6月