2019 Fiscal Year Annual Research Report
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16H06333
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
末永 和知 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 首席研究員 (00357253)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
千賀 亮典 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究員 (80713221)
Lin YungChang 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究員 (90772244)
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| Project Period (FY) |
2016-05-31 – 2021-03-31
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| Keywords | EELS / STEM |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、多様な試料の原子レベル観察手法の開発を目指している。本年度はとくに単原子層物質の電子線分光実験に関して大きな成果が得られた。とくに可視・赤外領域の分散関係を単原子層感度で得られることを実証し、成果をNature誌などに発表した。新しく開発した電子分光法を用いて、従来よりも2桁以上向上した空間分解能と感度で、物質の最も基本的な性質の一つである原子の振動（格子振動）を波として計測する手法を開発した。その結果、1原子の厚みしかないグラフェン1枚の格子振動を世界で初めて計測した。電子顕微鏡のエネルギー分解能を飛躍的に向上させることにより、従来に比べ2桁以上の高い空間分解能で格子振動を計測したことになる。これにより、将来熱伝導などの材料の基礎的な性質をこれまで以上に詳細に解明することが可能になり、熱電素子や光電子デバイス、超伝導体などの研究開発への貢献に期待される。
本成果を二次元材料の光学特性解析に応用するためには、とくに低温状態での試料観察が重要になるため、電子顕微鏡観察中の試料温度をマイナス150度以下に保持し、かつ原子レベルの空間分解能を達成する試料冷却ホルダーの試作・導入を行った。とくに二次元材料の観察時には、真空中での試料作製および前処理が必要となるため、準備した試料を大気に晒すことなく、真空中で試料を輸送できる真空トランスファ型の仕組みが必要である。試料冷却温度はマイナス150度以下とする。試料冷却観察中の空間分解能0.12nmを達成し、また冷却時の観察時間は60分以上を実現した。
また付随する電子分光器の絞り面に、一次元のスリットを新しく導入することのできる装置を増設することにより、一連の電子エネルギー損失スペクトルのqベクトル依存情報が運動量空間のある方位に対して同時に得られるようにすることを目指した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度は、本課題の成果としてNature誌に２報、Science誌に１報など一流誌に成果を公表できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今回開発した手法を用いて超電導など格子振動が影響するとされるさまざまな未解決の物理現象のメカニズム解明を目指したい。また格子振動によるエネルギー損失を最小限に抑えた高効率な熱電素子、光電子デバイス用材料の開発に貢献できるように、空間分解能やエネルギー分解能を向上させ、幅広い材料について格子振動と物性の関係を明らかにしてゆく。また、格子振動は原子の質量を反映するため、今回開発した手法を応用すれば、極めて高い感度で同位体元素を識別できる。将来、微量な放射性同位体物質の検出や、核分裂反応を含む化学反応の追跡などにも応用できる。
局所領域から得られる電子線エネルギー損失分光スペクトルを運動量空間(ベクトルq)でマッピングする研究を実施している。今年度は、電子線エルギー損失スペクトルを特定の回折図形上の運動量空間の方位に沿った一次元のマップとして取得し、取得効率を飛躍的に向上させることを予定している。
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