金属ナノ粒子に励起される表面プラズモンモードによって高められた電磁局所状態密度（EMLDOS）により，近傍に配置された物質の光吸収と発光効率が改善される．電子エネルギー損失分光（EELS）とカソードルミネセンス（CL）はナノスケールでEMLDOSの分布を可視化する強力な手法である．CLはEMLDOSの分布だけでなく各モードの偏光や放射角特性まで解析できる点に優位性がある．特に周期構造（プラズモニック結晶）に対して角度分解CLが適用され，バンド分散やバンド端定在波の構造依存性が明らかにされてきた．しかしながら，プラズモニック結晶には第1バンドなど，発光を必要とするCLでは直接計測できないモードがあり，非放射性のモードも計測可能なEELSも重要となる．本稿では，三角格子プラズモニック結晶（Tri-PlC）を題材に，EELSによるモード解析について紹介する．また，発展的内容として，Tri-PlCに極性を導入した構造と，その構造中に導入した極性反転境界のモード解析についても紹介する．

同位体は化学的性質をほとんど変えることなく特定の原子や分子を標識できるため，物質輸送や化学反応の追跡に広く用いられている．しかし従来の同位体分析手法は空間分解能に制約があり，ナノスケールでの直接観察は困難であった．近年，単色化電子源の導入により電子エネルギー損失分光（EELS）のエネルギー分解能が飛躍的に向上し，振動分光が可能となった．さらに暗視野条件を組み合わせることで，サブナノメートルの空間分解能での同位体識別が実現されている．本稿では，振動EELSの発展とその応用として，グラフェン中の炭素同位体の識別と拡散過程の可視化，および有機材料中の水素／重水素分布のマッピングについて概説する．振動EELSは，局所的な振動情報と高い空間分解能を両立する新たな分光手法として，今後の材料科学における重要な基盤技術となることが期待される．

運動量移送分解電子エネルギー損失分光法（q-EELS）を用いた光機能性材料の解析について紹介する．q-EELSは，電子の非弾性散乱電子のエネルギー損失量だけでなく運動量移送qを分解した計測であり，従来の光学実験では測定が困難な有限波数のプラズモン励起の観測や，吸収強度のq依存性による電子励起状態の局在性評価を可能にする．本研究では，近赤外散乱材料であるLaB₆単結晶におけるプラズモンq分散測定を通じて，キャリア電子に働く電子間相互作用の定量評価について述べる．さらに，光触媒材料であるアナターゼ型TiO₂のq-EELSスペクトルを定量解析し，励起子に対応する吸収強度のq分布を解析することで励起電子と正孔間の平均距離を導出した．この電子―正孔間距離は，励起子の実空間サイズに対応し，光触媒活性な結晶面との相関が示唆された．これらの結果は，q-EELSが電子励起状態における運動量空間と実空間の情報を結び付け，光機能性の起源解明に有効な手法であることを示している．

近年，モノクロメーターや分光器の性能向上により，透過電子顕微鏡を用いたエネルギー損失分光法（EELS）による振動分光が可能になった．物質内部の格子振動（フォノン）や分子振動をナノメートルのスケールで測定できるため，新しい熱解析手法として期待されている．しかし，透過電子顕微鏡内でのEELSを用いた振動分光の原理や特性については十分に共有されていない．そこで本稿では，EELSによるフォノン計測について原理から説明し，選択測や温度依存性について実験結果を交えながら説明する．EELSスペクトルのみから局所温度を測定できることも示す．

生物試料の3次元イメージングは生命現象の理解に欠かせない手法となっており，細胞生物学・発生学・神経科学をはじめ様々な分野で活用されている．従来，3次元情報の取得には試料を点・線・面いずれかで走査する必要があり，時間分解能を十分確保できなかった．2006年に提案されたライトフィールド顕微鏡は，一度の撮影で走査なしに3次元情報を取得でき従来法よりも高い時間分解能を達成できる一方で，空間分解能が低いという課題があった．近年，ライトフィールド顕微鏡は，盛んな技術開発によって空間分解能の向上が達成され，さらには深層学習との組み合わせで光学的限界を突破するコンピューテーショナルイメージングの先端として発展を続けている．本稿では，その基本的原理，主要な課題と代表的解決法について解説し，生物試料への適用として筆者らが行った線虫Caenorhabditis elegansの3次元全脳観察の実例を紹介する．

半導体デバイスの性能を左右するキャリア密度や界面電荷状態は，従来の電気的評価では主として空間平均量として扱われており，空間的な不均一性やゆらぎを実空間で評価することは難しかった．走査型非線形誘電率顕微鏡（SNDM）は，探針-試料間の静電容量変化を高感度に検出することで，半導体のキャリア密度分布や絶縁膜下に埋もれた界面の電荷状態を非破壊かつ実空間で観察できる顕微鏡技術である．近年では，時間分解SNDMの開発により，広帯域かつ高精度な静電容量の復調が可能となり，局所容量電圧（CV）特性測定や局所DLTS（Deep level transient spectroscopy）をより実用的に実施できる基盤が整った．これにより，従来は空間平均としてしか扱えなかった界面電荷密度や界面欠陥密度を，空間分布やそのゆらぎとして評価できるようになった．本稿では，SNDMおよび時間分解SNDMの原理を述べるとともに，ワイドバンドギャップ半導体や原子層半導体への応用例を解説する．

植物–微生物–土壌界面を広域かつ高分解能で可視化する手法として，生物試料に最適化した断面研磨SEM法（bioCP-SEM）を紹介する．従来法では困難であった野外土壌試料に対し，樹脂包埋，機械研磨およびSEM観察を組み合わせることで，鉱物を含む複雑系においても空間構造を保持したまま超微細構造の観察が可能となる．本稿では，根圏における観察例をもとに，本手法の有用性と今後の応用展開について概説する．

蓄電池の充放電反応や劣化現象は幅広いスケールに渡る多様な反応が複雑に組み合わさり，その全体像把握は困難とされる．そこで本研究では，オペランド走査電子顕微鏡-エネルギー分散型X線分光法（SEM-EDS）／ラマン分光計測，ex situ飛行時間型二次イオン質量分析計測を組み合わせたマルチモーダル解析を全固体電池に適用した．更に，SEM-EDS／ラマン分光計測，透過電子顕微鏡を用いたマルチモーダル解析を全固体電池の劣化解析にも応用した．