産業技術総合研究所（産総研）ナノ材料研究部門の末永和知首席研究員と同部門で電子顕微鏡グループの千賀亮典研究員は2015年7月、低加速電子顕微鏡を用いて、リチウムを含む軽元素を原子レベルで可視化することに成功したことを発表した。

電子顕微鏡は、試料に電子線を照射し、試料中の原子と衝突することで散乱した電子等を検出してその像を観察する。ところが、リチウムなどの軽い元素は、散乱する電子数が他の重たい原子に比べ極めて少ないことや、照射した電子線で原子が弾き飛ばされるなど、これまでの電子顕微鏡法で観察することは難しかった。

従来の電子顕微鏡法では軽元素の観察が困難であった （クリックで拡大） 出典：産業技術総合研究所

産総研では今回、低加速電子顕微鏡によるイメージングと、電子エネルギー損失分光法（EELS）を組み合わせて、リチウムやナトリウム、フッ素、塩素の単原子を分析した。また、シールド材料としてカーボンナノチューブやフラーレンを用いた。これらの中に軽元素および軽元素を含む化合物を閉じ込めることで、電子線によるダメージを減らすことにした。さらに、単原子を捉えるために化合物を原子一列または二列の幅まで薄くしている。

従来の電子顕微鏡法と今回開発した手法で、カーボンナノチューブの中に閉じ込めた各種軽元素を含む原子鎖を観察した。この結果、従来方法では重い元素については明るくはっきり確認できるのに対して、重い元素に挟まれた軽い原子はほとんど像が見えず、元素の種類や原子の存在すら確認することができなかった。これに対して、今回開発した方法を用いると、重い原子の間に軽元素が存在していることを確認することができた。

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