Development of dopant environment analysis method using beam-rocking transmission electron microscopy

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K05088
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: Ohtsuka Masahiro 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 講師 (60646529)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 電子顕微鏡 / 電子チャネリング効果 / ALCHEMI法 / セラミックス / ドーパント / 占有サイト / 原子変位 / 酸素空孔

Outline of Final Research Achievements

This study aims to develop an analysis method to determine not only the site occupancy of dopants but also such as the small dopant displacement and the local arrangement of the neighbor atom, based on the electron channeling-enhanced spectroscopic analysis using the beam-rocking technique in transmission electron microscopy.
We have developed and optimized the beam-rocking technique focused on a few tens nanometer-scale local area, and a precise theoretical calculation simulation code based on the dynamical electron elastic/inelastic scattering theory. As a result, we successfully determined such as the small displacements of dopant atoms, the atomic arrangement of surrounding atoms, and the oxygen vacancy sites, in oxide ceramic materials.

Free Research Field

ナノ材料科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ドーパント添加は，材料機能を制御する常套手段の一つである．それ故，不純物元素がどこを占有しているか，周囲の原子配列や化学状態がどのようになっているのかを定量的に知ることは材料機能発現を理解する上で極めて重要である．しかし，微量ドーパント近傍の母結晶の並進対称構造から外れた局所的な構造・状態変調は，回折結晶学的手法や近年発展目覚まして原子分解能走査透過電子顕微鏡分析でも容易ではない．本研究では，いくつかの実用セラミックス材料において，このようなドーパント自身やその周囲の僅かな母結晶構造からの変調を捉えることができた．いくつかの課題は残るが，本手法の発展は多くの実用機能材料分析へと寄与し得る．