2023 Fiscal Year Annual Research Report
Atomic-scale analysis of the ordering of strongly correlated electrons in perovskite-type oxides
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21K05092
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
長井 拓郎 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 技術開発・共用部門, 主幹エンジニア (90531567)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ローレンツ顕微鏡法 / 球面収差補正 / 軌道秩序 / 角度分解EELS |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電子軌道の実空間観察を目的として角度分解EELS法と走査透過電子顕微鏡(STEM)観察を組み合わせた角度分解STEM-EELS法の開発を行った。観察試料としてカーボンナノチューブを用い、EELS取り込み条件等を最適化することにより、炭素の2pz軌道について、目的とする軌道方向をもつ領域を可視化することができた。次に、強相関電子系における軌道のアトムスケール観察を目的として、ペロブスカイト構造をもち軌道秩序を示すマンガン酸化物TbMnO3について、TEM観察、電子回折測定、STEM観察およびEELS分析を行った。まず、室温における明視野像観察、高分解能像観察および電子回折測定により、試料の構造は斜方晶Pbnmの対称性をもつGdFeO3型構造であり、欠陥構造を含まないことを確認した。また、FIB法で作製した電顕観察用試料についてプローブ形成用球面収差補正装置を用いた高角度環状暗視野 (HAADF)ーSTEM法により金属原子コラムを直接観察し、環状明視野(ABF)ーSTEM法により酸素原子コラムを直接観察した。さらにSTEM-EELS法を用いて角度分解EELS測定を行い、軌道パターンとEELSスペクトルの相関を調査した。
実空間におけるスピンのアトムスケール観察を目的として、イメージ形成用球面収差補正装置を用いた高分解能ローレンツ電子顕微鏡法における照射条件最適化を図った。ウイーンフィルター型モノクロメータを用い、ローレンツレンズにおける色収差の大幅な低下を図った。ヘリカル反強磁性を発現する希土類金属ホルミウムにおいて低温高分解能ローレンツ電子顕微鏡観察を行い、1.0nm離れた反転する磁気モーメントを分離して実空間観察し、強度輸送方程式法によりこの磁気モーメントを可視化することに成功した。
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