格子縞を用いた情報伝達性能評価手法の開発

一般的に行われているアモルファス試料を用いた情報伝達性能は、光軸に沿っ て伝搬する透過波とアモルファス試料によって散乱する散乱波によって得られる電子 顕微鏡像を撮影し、フーリエ変換を施すことで解析される。一方、結晶性試料におい ては、透過波に加えて、Bragg反射に伴う強い回折波が複数生じる。このとき、透過 波が光軸に沿って伝播するように照射電子ビームの調整を行うと、空間周波数は不連 続ではあるが、アモルファスから生じる散乱波よりも強いピークを有する回折波を使 って電子顕微鏡像を得ることができる。結果的に、アモルファス試料を使う場合に比 べて、高空間周波数領域における散乱強度（回折強度）を増加させることができる。

このように、透過波が光軸に沿う形で伝搬する観察条件では、ここで注目する 色収差の影響を強く反映した格子縞を取得することができる。よって、光軸上透過波 と回折波によって形成される格子縞の観察可否を判断することで、色収差と情報伝達 性能の関係を議論することが可能となる。本稿では、このような条件で形成された格 子縞を第Ⅱ章で用いた「色消し格子縞」と区別するために「色収差格子縞」と呼ぶこ とにする。色収差補正器を備えていない電子顕微鏡で試料を観察する際、通常は色収 差の影響を受けた条件で画像を形成することになり、色収差格子縞を観察することが できれば、その空間周波数情報を伝達する性能を有していると判断できる。

しかしながら、回折波を使う解析では空間周波数情報が不連続であるため、1枚

の電顕画像を用いるだけでは連続的な空間周波数や、その方向性に関する情報伝達評 価を実施できない。よって、適切な空間周波数情報となる回折波を選択するためには、

複数の結晶方位や試料を用意する必要がある。一例として、金単結晶薄膜を用いたと きに実験で使用できる回折波ℎ𝑘𝑙と、それに対応する空間周波数および格子縞間隔を表 4-1に纏めた。入射方向は[100]、[111]、[110]である。これらを用いることで十分な空 間周波数領域を選択できることがわかる。更に試料としてイリジウム単結晶を用いれ ば格子定数が0.3839 nmになることから、同じ指数の回折波を選択しても金単結晶と

比べて94%狭い格子縞を得ることができる。また、タングステン単結晶など、金とは

異なる結晶構造を有する薄膜を併用すれば、確認できる格子縞間隔の種類が大幅に増 加する。このように、格子定数や結晶構造の異なる物質を用いることで、広範な空間 周波数について情報伝達性能を評価することができる。

表4-1 情報伝達の性能評価に利用可能な空間周波数一覧（𝑎 = 0.4078 nm）

{hkl} qhkl (nm^-1) dhkl (nm) qhkl (nm^-1) dhkl (nm) qhkl (nm^-1) dhkl (nm)

111 --- --- --- --- 4.25 0.2354

200 4.90 0.2039 --- --- 4.90 0.2039

220 6.94 0.1442 6.94 0.1442 6.94 0.1442

311 --- --- --- --- 8.13 0.1230

222 --- --- --- --- 8.49 0.1177

400 9.81 0.1020 --- --- 9.81 0.1020

331 --- --- --- --- 10.69 0.0936

420 10.97 0.0912 --- --- ---

---422 --- --- 12.01 0.0832 12.01 0.0832

333 --- --- --- --- 12.74 0.0785

511 --- --- 12.74 0.0785 12.74 0.0785

440 13.87 0.0721 13.87 0.0721 13.87 0.0721

442 --- --- --- --- 14.71 0.0680

600 14.71 0.0680 --- --- 14.71 0.0680

620 15.51 0.0645 --- --- ---

---533 --- --- --- --- 16.08 0.0622

622 --- --- --- --- 16.27 0.0615

444 --- --- --- --- 16.99 0.0589

551 --- --- --- --- 17.51 0.0571

711 --- --- --- --- 17.51 0.0571

640 17.68 0.0566 --- --- ---

---642 --- --- 18.35 0.0545 ---

---553 --- --- --- --- 18.84 0.0531

800 19.62 0.0510 --- --- 19.62 0.0510

733 --- --- --- --- 20.07 0.0498

644 --- --- --- --- 20.22 0.0495

820 20.22 0.0495 --- --- ---

---660 20.81 0.0481 20.81 0.0481 20.81 0.0481

822 --- --- --- --- 20.81 0.0481

555 --- --- --- --- 21.24 0.0471

662 --- --- --- --- 21.38 0.0468

840 21.93 0.0456 --- --- ---

---664 --- --- --- --- 23.00 0.0435

844 --- --- 24.03 0.0416 24.03 0.0416

755 --- --- --- --- 24.40 0.0410

771 --- --- --- --- 24.40 0.0410

933 --- --- --- --- 24.40 0.0410

860 24.52 0.0408 --- --- ---

---862 --- --- 25.01 0.0400 ---

---773 --- --- --- --- 25.37 0.0394

Au [100] Au [111] Au [110]