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拡張

SHGおよびTHG

Oxford Instrumentsのwitec360ラマン顕微鏡は、第二高調波発生(SHG)や第三高調波発生(THG)イメージングといった非線形光学イメージング技術をシームレスに統合し、包括的な材料特性評価のための先進的ソリューションを提供します。この統合アプローチにより、別途高価な装置を必要とせず、これらの手法導入の障壁を低減します。特に二次元材料研究、強誘電体材料開発、バイオイメージングにおいて極めて有用です。

witec360は、低温/高温、高圧、磁場といった極限条件下でのSHGおよびTHG測定をサポートします。SHGを用いた結晶方位やキラル性の精密分析のため、本顕微鏡は偏光方向を制限なく柔軟に設定可能な偏光分解測定を実現します。


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主な特徴

SHGとは何か

第二高調波発生(SHG)は、入射光の2つの光子を1つの発光光子に変換する非線形光学プロセスである。SHGは材料構造の非中心対称性に依存し、結晶方位、結晶対称性、層厚、積層順序の変化に極めて敏感に反応する。

SHG(二次高調波発生)における二次元材料科学

2次元材料(遷移金属ジカルコゲナイド(MX₂)や六方晶窒化ホウ素(hBN)を含む)の物性はその結晶対称性、厚さ、積層秩序などの要因に強く影響される。第二高調波発生(SHG)は原子間力顕微鏡(AFM)や圧応力顕微鏡(PFM)と組み合わせることで、圧電性・強誘電性材料の特性解析に有用な手法である。

鉛ジルコン酸チタン酸塩(PZT)を用いたウサギのリソグラフィー描画の光ルミネッセンス(PL)、SHGおよびPFM位相画像。画像提供:Oxford Instruments

結晶方位解析のための偏光分解二次高調波発生

偏光分解二次高調波発生測定は、二次元材料における結晶方位に関する詳細な知見を提供し、精密な構造特性評価と結晶粒配向の解析を可能とする。

ヘテロ構造-SHG-0
ヘテロ構造-二次高調波発生-60
ヘテロ構造-二次高調波発生-120
励起光の異なる偏光角度(0°:赤、60°:青、120°:緑)における二次元材料の不均一構造のSHG画像。個々の結晶粒の異なる配向を示している。画像提供:Oxford Instruments。

SHGによる粒界の高分解能可視化

SHGイメージングは、このMoS₂フレークの例が示すように、2次元材料の粒界に対して非常に高い感度を示します。偏光分解SHGにより、フレーク内の異なる位置における極座標プロットの非対称パターンに基づき、結晶粒間の結晶方位の違いとひずみ場の検出が可能となりました。

MoS₂のラマン・SHG・PLを用いた相関解析の詳細については、当社のアプリケーションノートをご覧ください。

MoS2-ラマン
MoS2-SHG
MoS2-SHG偏光
MoS₂フレークの分析。左:ラマン画像;中央:SHG画像;右:フレーク内各位置における偏光分解SHG測定の極座標プロット。画像提供:Oxford Instruments

バイオイメージングにおけるSHGとTHG

非線形光学顕微鏡法は生体イメージングにおいて、組織形態・構造・細胞組織化に関する深い知見を提供する。細胞生物学、発生生物学、疾患研究で広く応用されている。

二次高調波発生(SHG)イメージングは、細胞外マトリックス(ECM)内のコラーゲンやミオシンフィラメントなど、非中心対称構造を可視化し、組織リモデリング、細胞遊走、線維化に関する情報を提供する。三次高調波発生(THG)イメージングは構造的界面を検出することで、膜、オルガネラ、脂質滴など、細胞および細胞内構造の特徴を自然な状態でラベルフリーに可視化することを可能にする。

組織二次高調波発生
ティッシュ-THG
皮下組織のSHGおよびTHGイメージング。左:SHG-Brightfield画像の重ね合わせ;右:脂肪細胞(赤)と脂肪細胞膜(青)を可視化したTHG-Brightfield重ね合わせ画像。試料提供:中国科学院長春応用化学研究所 江春環教授。

資料

アプリケーションノートTMDの相関高分解能イメージング


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