2021 Fiscal Year Research-status Report
走査透過型電子顕微鏡による局所領域における化学結合電子の可視化手法の開発
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20K15014
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
関 岳人 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (90848558)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 走査透過型電子顕微鏡 / STEM / 微分位相コントラスト / DPC |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、走査透過電子顕微鏡（STEM）の一手法である微分位相コントラスト（DPC）法を用いて原子スケールの電場を可視化し、局所領域の化学結合情報を抽出することを目的としている。電子が試料中を透過する際には複数回散乱が起きるために、原子分解能で取得したDPC STEM像から原子スケールの電場を直接的に定量することは難しい。本研究では、昨年度までにDPC STEM像における多重散乱の効果を、STEM像のシミュレーションにより推定・除去することで、本来の電場像を再構成するアルゴリズムを開発し、DPC計算像をテストデータとして試料厚み10 nm程度までの条件での有効性を確認した。本年度は、SrTiO3試料をモデル試料として、実験データに対するアルゴリズムの有効性を検討した。実験データにはノイズが存在するため、本手法が再構成する電場像にもノイズが大きく影響したものの、化学結合に関与する低い空間周波数の成分については再現性のある再構成が可能であることがわかった。実験より得られた再構成結果を、いくつかの理論モデルと比較した。理論モデルとして、孤立原子モデル（中性原子、イオン原子）、密度汎関数法による第一原理計算結果、を採用し比較したところ、第一原理計算の結果と最もよく一致した。このため、本手法は定量的な電場像再構成に成功し、イオン結合の抽出に成功したと考えられる。この結果はSrTiO3試料の平均構造を捉えた結果であるが、界面などの局所領域でも同様の解析が可能となると期待される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は電子状態が既知の試料を用いて、化学結合の可視化の実験的有効性を検討し、開発手法が化学結合状態の可視化できると結論できた。これは当初の研究計画通りであり、おおむね順調に進展しているものと判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の計画通り、界面などの局所領域での化学結合の可視化を試みていく。また、現在の電場再構成アルゴリズムは試料厚みが10 nm程度までに制限されているため、引き続きアルゴリズムの改良も進め、局所領域の化学結合の可視化に適用していく。
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| Causes of Carryover |
学会がオンライン開催となり、旅費が予定額を下回ったため。来年度の旅費として使用する予定。
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Research Products
(16 results)
