2019 Fiscal Year Research-status Report

In-situ analysis of atomic and molecular dynamics by high speed and high resolution measurement

Research Project

Project/Area Number	19K15446
Research Institution	Kyushu University
Principal Investigator	麻生亮太郎九州大学, 工学研究院, 准教授 (40735362)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	環境制御型透過電子顕微鏡 / その場観察 / ダイナミクス / 電界蒸発 / 電界放射
Outline of Annual Research Achievements	本研究では、電界、電子線、熱の外部刺激を印加した際に起こる、気体分子と金属・酸化物表面原子との化学反応に伴う高速ダイナミクスを実空間・実時間で観測することを目指す。観測には、気体雰囲気下において原子レベルで動的観察ができる環境制御・透過電子顕微鏡（E-TEM）を利用し、さらに高速カメラを用いて化学反応中の個々の原子の高速現象を捉える。本研究では、第一に様々な気体雰囲気下で金属・酸化物表面の原子構造解析を行う。第二にナノレベルの局所領域に電界を印加し、電界誘起による表面原子の高速ダイナミクス現象を捉える。第三に照射電子線を制御することで、電子線誘起による気体分子と表面原子の高速反応を解明する。第四に実環境での検証として、大気圧の気体雰囲気下での表面構造解析ならびに加熱時の表面原子構造の温度依存性を調べ、気体反応の学理の構築に貢献することを目的とする。 TEM内で電界印加しながら高分解能観察を可能とするため、ナノメートルレベルの先端を持つ金属電極針を向かい合わせたナノギャップ構造を作成した。ピエゾ駆動搭載の電気特性測定ホルダー（移動精度：0.01 nm、印加電圧：0～±40 V）を用いてTEM内で金属針先端同士を向かい合わせたナノギャップ構造（ギャップ間隔：0.1～5 nm）を作製し、電圧印加時の高分解能その場TEM観察と電気測定を同時に行った。動作中の金ナノギャップ電極表面の原子スケールの構造変化をその場観察で捉えることに成功した。酸素ガス中における異方的な構造変化を初めて明らかにし、この現象がトンネル電子とガス分子との反応によって引き起こされることを解明した。さらに、ナノギャップ間を金原子が移動する様子をその場で可視化することに成功し、その連続的に変化する構造が金の酸化物であることを解明した。本結果に関して、論文発表を行った。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 当初の研究計画通りに順調に実験研究が進展しており、金ナノギャップ電極の解析について論文発表もおこなった。
Strategy for Future Research Activity	本年度末に所属を変更した。主要な実験装置であるE-TEMは使用継続する予定である。さらに、現所属で利用可能な最先端電子顕微鏡を使用して、当初予定通りに研究を推進する。
Causes of Carryover	当該年度末に所属を変更したため、移行のための事務手続きの関係で当初予定していた物品の購入を一時保留した。該当物品に関しては、次年度に購入する予定である。