最先端研究を訪ねて

【量子ビーム科学】

X線発光装置

原子の結合分布の画像化が、これまでの100倍の識別能力に

寺内正己先生

東北大学

理学部　物理学科（理学研究科　物理学専攻／多元物質科学研究所）

◆どのような研究でしょうか

ノーベル化学賞で話題になったリチウムイオン電池など、産業的に重要な物質の性質をミクロのレベルで調べるには、原子同士を結びつける結合電子のエネルギー状態を、直接測定する技術が重要になります。

しかしこれまでの電子顕微鏡では、ミクロレベルの観察はできるものの、結合電子のエネルギーを測定することはできせんでした。私たちは、結合電子のエネルギーを調べることのできる、X線の一種である軟X線を用いた電子顕微鏡用の測定装置を開発しました。

その結果、小型で高性能な軟X線発光装置の商品化に、世界で初めて成功しました。昔からあるX線の分析装置は、原子の種類を識別できる程度でしたが、新しい装置を電子顕微鏡に取りつけることで、これまでの100倍の識別能力で、原子の種類だけでなく、その結合電子のエネルギーを測定し、その分布の画像を得られるようになりました。

小・中・高・大で、研究者になりたいと思ったことはありませんでした。ただ、大学４年の時に入った研究室での実験（電子顕微鏡）がとても気に入りました。その実験をもっとやりたい、もっと精度の高い実験ができるようになりたいと思い実験を続けてきたことが、研究者という職業につながりました。

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◆寺内研究室HP

・電子顕微鏡と分析技術の基礎知識と、実験技術の習得

・習得した知識・技術を物性研究へ応用し、未解決の問題を解決する

例）学部生の卒業研究題目：qEELSを用いたLaB6キャリアープラズモンの研究

例）修士２年生の卒業研究題目：SXESによる低融点Au-Siの電子状態の研究

◆主な業種

・自動車・機器

・精密機械・機器（医療機器・光学機器を除く）

・化学・化粧品・繊維／化学工業製品・衣料・石油製品（プラントは除く）

・通信

・鉱業・資源

◆主な職種

・設計・開発

・製造・施工

・品質管理・評価

・システムエンジニア

◆学んだことはどう生きる？ 

学部卒や修士卒の場合は、専門性よりも、知識を身に着け、それを使って問題解決をするというプロセスを経験することがとても重要であり、色々な分野に進んでいます。

博士卒の場合はより専門性が高いため、企業で分析機器開発や材料開発など、また、国研や大学の研究者などへ進んでいます。

理学部物理学科の学生を研究室に受け入れ、ゼミや実験指導をしています。「何をやったか」よりも「どうやったか」が重要です。

学校では、答えのある問題を解くことで学問を身につけます。社会に出てからは、答えのない問題に答えを見つける作業を行います。そこで重要なのは、答えのない問題に対し、どう取り組むかという姿勢です。

そのような点を、卒業研究（答えのない問題を、教員の指導の下で答えを見つける作業を経験する）で学びます。そこで、いかに経験し、考えるのか。これらは極めて重要であると考えています。

電子顕微鏡での実験やX線を使った実験では、電子、X線の波としての性質を使います。開発した装置も、X線の波の性質を使っています。そこで、波の基本的な干渉という性質（波と波が重なること）の観測とそれを計算で再現するというテーマが考えられます。

基本はヤングの2重スリットの実験とし、スリットの数や間隔を変えた時、干渉という現象がどの様に観察され、また、それはどういう式を使った計算で再現できるかをまとめてみてください。