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ナノ電子プローブを用いた電子密度分布解析による機能コアの電場応答解明

Publicly Offered Research

Project AreaNew Materials Science on Nanoscale Structures and Functions of Crystal Defect Cores
Project/Area Number 20H05176
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

森川 大輔  東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (10632416)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Keywords収束電子回折 / ナノ電子プローブ / 分極ナノドメイン / 電場印加その場観察 / 電子密度分布解析 / 電圧印可その場観察 / 局所構造解析 / 界面・ナノドメイン
Outline of Research at the Start

本研究では,まず結晶性の変化に敏感な収束電子回折法を用いた定量的な透過型電子顕微鏡試料の結晶性評価手法を開発し,ダメージレスなフォーカスイオンビーム試料作製法を確立する.つづいて電圧印可その場観察により,バルクとは異なる物性を示す機能コアのうち,特に強誘電体のドメイン境界における電場応答を,電子密度分布解析から明らかにする.
ナノ電子プローブを用いた局所領域の解析により,機能コア近傍の解析が可能となる.本手法は,機能コアの外場応答を,電子密度分布レベルで議論ができる初めての手法であり,イオン分極と電子分極の関連を直接明らかにすることを目指す.

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、ナノ電子プローブを用いた収束電子回折法により、界面やドメイン境界等の機能コアにおける結晶構造解析および電子密度分布解析を目指した。
これまでに電場印加その場観察実験に不可欠な集束イオンビーム加工によるTEM試料作製のための条件構築や、そのTEM試料の品質の定量評価を行った。また、機能コアの例として、界面誘起による分極構造の発現を、ナノメータスケールの微小領域の解析から明らかにした。
広く応用されている強誘電体であるBaTiO3において,近年最低温相の菱面体構造が室温以上まで存在していることが報告された.本研究では,上述の技術を用い、分極ナノドメインの電場応答を明らかにすることに成功した.メゾスコピックな分極ドメインの反転に加えて,ナノドメイン分布の変化によると考えられる応答が観察されており,電場印加下においても不均一が存在していることが明らかになった。また、実験を再現しうるモデルとして、菱面体晶の分極ナノドメインの分布が、電場印加によって偏りを生じているモデルを提案し、実験をよく再現することに成功した。
また、局所領域の電子密度分布解析の高精度化のための指針を示した。解析において晶帯軸入射のデータを用いた場合と、特定の反射を励起した傾斜条件のデータを用いた場合の解析の差異を明らかにし、パラメータ精密化における精度と、パラメータ変化に対する感度の関係性を初めて明らかにした。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2022 2021 2020 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (8 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Recent Development of Structure Analysis Using Convergent-Beam Electron Diffraction2021

    • Author(s)
      MORIKAWA Daisuke、TSUDA Kenji
    • Journal Title

      Nihon Kessho Gakkaishi

      Volume: 63 Issue: 2 Pages: 135-142

    • DOI

      10.5940/jcrsj.63.135

    • NAID

      130008049200

    • ISSN
      0369-4585, 1884-5576
    • Year and Date
      2021-05-31
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Electric-field response of polar nanodomains in BaTiO32021

    • Author(s)
      Morikawa D.、Tsuda K.
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 119 Issue: 5 Pages: 052904-052904

    • DOI

      10.1063/5.0058977

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Improvement of precision in refinements of structure factors using convergent-beam electron diffraction patterns taken at Bragg-excited conditions2021

    • Author(s)
      Aryal B.、Morikawa D.、Tsuda K.、Terauchi M.
    • Journal Title

      Acta Crystallographica Section A Foundations and Advances

      Volume: 77 Issue: 4 Pages: 289-295

    • DOI

      10.1107/s2053273321004137

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Evaluation of TEM specimen quality prepared by focused ion beam using symmetry breaking index of convergent-beam electron diffraction2021

    • Author(s)
      Morikawa Daisuke、Ageishi Masaki、Sato Kaori、Tsuda Kenji、Terauchi Masami
    • Journal Title

      Microscopy

      Volume: - Issue: 4 Pages: 394-397

    • DOI

      10.1093/jmicro/dfab002

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Local crystal symmetry and structure at CaTiO3 twin boundaries2021

    • Author(s)
      Morikawa D.、Tsuda K.
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 118 Issue: 9 Pages: 092901-092901

    • DOI

      10.1063/5.0043851

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 強誘電体ドメイン壁における収束電子回折図形の 対称性変化と微細構造解析2022

    • Author(s)
      森川大輔,野口祐二,津田健治
    • Organizer
      日本物理学会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] STEM-CBED法によるBaTiO3分極ナノドメインの電場印可その場観察2021

    • Author(s)
      森川大輔,津田健治
    • Organizer
      日本顕微鏡学会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 収束電子回折法によるBaTiO3ナノドメインの電場印可その場観察II2021

    • Author(s)
      森川大輔,津田健治
    • Organizer
      日本物理学会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 収束電子回折法によるBaTiO3分極ナノドメインの電場応答その場観察2021

    • Author(s)
      森川大輔,津田健治
    • Organizer
      日本結晶学会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 収束電子回折法によるBaTiO3ナノドメインの電場印可その場観察2021

    • Author(s)
      森川大輔,津田健治
    • Organizer
      日本物理学会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] STEM-CBED法によるCaTiO3における極性ドメイン境界の観察2020

    • Author(s)
      森川大輔,津田健治
    • Organizer
      日本顕微鏡学会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] STEM-CBED法によるCaTiO3の界面誘起分極構造の観察2020

    • Author(s)
      森川大輔,津田健治
    • Organizer
      日本物理学会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 収束電子回折法を用いたCaTiO3双晶境界における分極構造の解析2020

    • Author(s)
      森川大輔,津田健治
    • Organizer
      日本結晶学会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Remarks] 強誘電体ナノドメインの電場応答をナノスケールで可視化電場印可下での分極ナノドメインの分布変化を初観測

    • URL

      https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2021/08/press20210819-06-nm.html

    • Related Report
      2021 Annual Research Report

URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2022-12-28  

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