走査型透過電子顕微鏡

走査型透過電子顕微鏡（そうさがたとうかでんしけんびきょう、Scanning Transmission Electron Microscope、STEM)）とは透過型電子顕微鏡の１つ^{[1][2][3][4][5][6][7][8][9][10]}。 集束レンズによって細く絞った電子線プローブを試料上で走査し、各々の点での透過電子を検出することで像を得る。

微少領域の電子回折や元素分析が可能。また空間分解能は一般的に、収束した電子線のプローブ径で決まる。

明視野と暗視野

STEMには主に、明視野（Brignt Field, BF）と、より高角度に散乱した環状暗視野（Annular Dark Field, ADF）の2種類がある。

TEMとBF-STEMとの間には相反定理が成り立っており、互いの像は類似している。

環状の検出器で明視野を検出する方法が、環状明視野法（Annular Bright Field, ABF）である。^[11][12]

高角度の環状暗視野を検出する方法が、高角度環状暗視野法(High-Angle Annular Dark Field, HAADF)である。^[13][14]物質によって高角度に散乱される電子は主に、熱散漫散乱によるものであり、環状検出器では干渉性の低い散乱電子が支配的に検出される^[15]。したがって、HAADF-STEM像のコントラストは主に、試料の厚さと構成原子の原子番号 (Z)に依存する。そのため、HAADF-STEM像はZコントラスト像とも呼ばれる。^[16]

元素分析・状態分析

エネルギー分散型X線分析（EDS）や電子エネルギー損失分光（EELS）と組み合わせることで局所の元素マッピングや化学状態の分析が可能となる。^[17][18]

脚注

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1. Pennycook, S. J., & Nellist, P. D. (Eds.). (2011). Scanning transmission electron microscopy: imaging and analysis. Springer Science & Business Media.
2. 谷村正満. (1975). 走査型電子顕微鏡による観察と物性. 高分子, 24(2), 98-103.
3. 田中信夫：「走査透過電子顕微鏡の物理」，共立出版、ISBN 978-4-320-03540-9 (2018年8月15日）
4. 上田 良二（編）:「電子顕微鏡」、共立出版、ISBN 978-4-320-03078-7 (1982年9月1日）
5. 今野豐彦：「物質からの回折と結像」，共立出版、（2003年）
6. N. Tanaka(Ed). Scanning transmission electron microscopy for nanomaterials, Imperial College Press, London, (2015)
7. 田中信夫：「電子線ナノイメージング」、内田老鶴圃，（2009年）
8. N. Tanaka: Electron nano-imaging, Springer, Tokyo, (2017)
9. L. Reimer and H. Kohl: Transmission electron microscopy, Springer (2010)
10. D.B. Williams and B. Carter: Transmission electron microscopy, Springer (2009)
11. 柴田直哉, & 幾原雄一. (2011). 環状明視野 (ABF) STEM 法の理論と応用. 顕微鏡, 46(1), 55-60.
12. LeBeau, J. M., & Stemmer, S. (2008). Experimental quantification of annular dark-field images in scanning transmission electron microscopy. Ultramicroscopy, 108(12), 1653-1658.
13. Perovic, D. D., Rossouw, C. J., & Howie, A. (1993). Imaging elastic strains in high-angle annular dark field scanning transmission electron microscopy. Ultramicroscopy, 52(3-4), 353-359.
14. Van Aert, S., Verbeeck, J., Erni, R., Bals, S., Luysberg, M., Van Dyck, D., & Van Tendeloo, G. (2009). Quantitative atomic resolution mapping using high-angle annular dark field scanning transmission electron microscopy. Ultramicroscopy, 109(10), 1236-1244.
15. Nellist, P.D.; Pennycook, S.J. (1999-06). “Incoherent imaging using dynamically scattered coherent electrons”. Ultramicroscopy 78 (1-4): 111–124. doi:10.1016/s0304-3991(99)00017-0. ISSN 0304-3991. https://doi.org/10.1016/S0304-3991(99)00017-0.
16. Nellist, P. D., & Pennycook, S. J. (2000). The principles and interpretation of annular dark-field Z-contrast imaging. Advances in imaging and electron physics, 113, 147-203.
17. 秋田知樹, & 田口昇. (2015). 走査型透過電子顕微鏡の電子エネルギー損失分光によるリチウム分布像. Journal of the Vacuum Society of Japan, 58(10), 367-374.
18. 石倉信造, 井上貴央, & 森野慎一. (2001). 走査型電子顕微鏡及びエネルギー分散型 X 線分析装置による唾石の観察. 松江市立病院医学雑誌, 5(1), 67-70.