2021 Fiscal Year Annual Research Report
電子顕微鏡によるナノ物質の原子レベル三次元構造観察法の検討
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19K05223
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
佐藤 雄太 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (90392620)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 電子顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、厚さが原子一個分ないし数個分というきわめて薄いナノ物質を対象として、その厚さ方向を含む三次元の構造情報を原子分解能(S)TEMにより可視化するための実験的検証を目的とする。具体的には、試料ダメージを低減しうる低加速電圧条件において、単色化電子線源および球面収差補正によって得られるきわめて小さな焦点深度が実際の (S)TEM像にもたらす効果（デフォーカス量による単原子像コントラストの変化等）を明らかにするとともに、これを応用して対象ナノ物質の原子レベル構造における高さ方向の情報を得ることに主眼を置く。さらに、将来的に(S)TEMへの実用化が見込まれる色収差補正等の要素技術に関しても、単色化電子線源や球面収差補正との併用を想定してその効果を予測し、より精細な三次元構造観察への応用の可能性を探索する。
実施最終年となる令和三年度は、低加速(S)TEMによるナノ物質の立体構造観察測定の一環として、カーボンナノチューブ（CNT）に内包された有機分子を対象に、その分子構造の直接観察とヘテロ原子の元素同定に取り組んだ。具体的には、CNT内部の空間に閉じ込められた2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane（F4TCNQ）や5,5'''-dimethyl-2,2':5',2'':5'',2'''-tetrathiophene（4T）の単分子像をSTEMにより直接捉えるとともに、これらの分子に含まれている窒素原子や硫黄原子の分布を電子エネルギー損失分光（EELS）マッピングによって可視化した。CNTへの内包時には、F4TCNQ分子や4T分子の電子親和性に応じCNTとの間で電荷移動が生じることが観測されており、これらの知見をもとに内包分子がCNTのフォトルミネセンス特性に与える影響を明らかにした。
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