STEM-CBED法による強誘電体の分極ナノドメインの構造解析・分極マッピング

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25287068
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 津田 健治 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (00241274)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 電子顕微鏡 / 収束電子回折 / STEM-CBED / 誘電体物性 / 分極マッピング

研究実績の概要

収束電子回折 (Convergent-beam electron diffraction: CBED) 法と走査透過電子顕微鏡 (Scanning transmission electron microscopy: STEM) 法を組み合わせて，格子歪み・分極・静電ポテンシャルの局所変化を2次元分布として計測できる新たな手法 (STEM-CBED法) の開発と応用を行っている．
昨年度のチタン酸バリウム (BaTiO3) の正方晶相の解析に続いて，この手法を適用してニオブ酸カリウム (KNbO3) の斜方晶相の解析を試みた．KNbO3はBaTiO3と同様の逐次相転移系列を持つ強誘電体であり，BaTiO3正方晶相と同様のナノスケールの局所構造・分極の揺らぎの分布を，KNbO3正方晶相においても観察することに成功した．
これらはどちらも室温相の観察であるが，液体窒素冷却試料ホルダーおよび加熱試料ホルダーを用いて各相の局所構造を調べる試みを行った．また．強誘電ドメイン境界近傍における局所構造変化をとらえる試みを行った．さらに，ナノ電子ビームの試料厚み方向の構造変化の情報を，試料を傾斜せずCBED図形から取り出す方法についても検討を開始した．
成果について，国際会議 (IUCr 2014 (Montreal, Canada), IUMRS-ICA2014 (Fukuoka) )における招待講演等で発表した．

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

STEM-CBED法をエネルギーフィルター透過電子顕微鏡JEM-2010FEF上で動作させ，KNbO3斜方晶相のナノメータースケールの局所構造揺らぎ・分極の分布を可視化することに成功した．さらに，強誘電体ヘテロ界面，強誘電ナノキューブ，リラクサーなど，広い範囲の試料に適用可能な段階に達した．

今後の研究の推進方策

STEM-CBED法の開発・改良を継続し，強誘電体ヘテロ界面，強誘電ナノキューブ，リラクサーなど，広い範囲の試料に適用し，これまで得られなかったナノスケールの局所構造揺らぎ・分極分布の情報を得て，巨視的物性との相関を調べる．

研究成果

• [雑誌論文] Effects of W on microstructure of as-cast 28 wt.%Cr-2.6 wt.%C-(0-10) wt.%W irons (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Imurai, C. Thanachayanont, J.T.H. Pearce, K. Tsuda and T. Chairuangsri
  • 雑誌名: Materials Characterization 巻: 99 ページ: 52-60
  • DOI: 10.1016/j.matchar.2014.11.012
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of Mo on microstructure of as-cast 28 wt.% Cr-2.6 wt.% C-(0-10) wt.% Mo irons (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Imurai, C. Thanachayanont, J. T. H. Pearce, K. Tsuda and T. Chairuangsri
  • 雑誌名: Materials Characterization 巻: 09 ページ: 99-112
  • DOI: 10.1016/j.matchar.2014.01.014
  • 査読あり
• [雑誌論文] Van der Waals epitaxial growth of topological insulator Bi2 x Sb x Te3 y Se y ultrathin nanoplate on electrically insulating fluorophlogopite mica (2014)
  • 著者名/発表者名: Ngoc Han Tu, Yoichi Tanabe, Khuong Kim Huynh, Yohei Sato, Hidetoshi Oguro, Satoshi Heguri, Kenji Tsuda, Masami Terauchi, Kazuo Watanabe, and Katsumi Tanigaki
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 105 ページ: 063104-1-5
  • DOI: 10.1063/1.4892576
  • 査読あり
• [学会発表] 収束電子回折法によるペロブスカイト型強誘電体の局所構造揺らぎの解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 津田健治
  • 学会等名: Workshop: CROSSroads of Users and J-PARC
  • 発表場所: いばらき量子ビーム研究センター，茨城
  • 年月日: 2014-09-16 – 2014-09-17
  • 招待講演
• [学会発表] Study of nanoscale local structures of ferroelectric barium titanate using convergent-beam electron diffraction (2014)
  • 著者名/発表者名: Kenji Tsuda
  • 学会等名: International Conference in Asia (IUMRS-ICA2014)
  • 発表場所: Fukuoka Univ., Fukuoka
  • 年月日: 2014-08-24 – 2014-08-30
  • 招待講演
• [学会発表] Space group determination and application to phase transformations (2014)
  • 著者名/発表者名: Kenji Tsuda
  • 学会等名: Workshop on Advanced Electron Diffraction Methods for Materials Analysis
  • 発表場所: McMaster Univ., Hamilton, Canada
  • 年月日: 2014-08-14 – 2014-08-15
  • 招待講演
• [学会発表] Study of nanoscale local structures of ferroelectric barium titanate using convergent-beam electron diffraction (2014)
  • 著者名/発表者名: Kenji Tsuda
  • 学会等名: The 23rd Congress and General Assembly of the International Union of Crystallography (IUCr 2014)
  • 発表場所: Montreal, Canada
  • 年月日: 2014-08-05 – 2014-08-13
  • 招待講演
• [学会発表] 収束電子回折法による強誘電体のナノスケール結晶構造解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 津田健治
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会第70回記念学術講演会
  • 発表場所: 幕張メッセ，千葉
  • 年月日: 2014-05-11 – 2014-05-13
  • 招待講演
• [図書] やさしい電子回折と初等結晶学 -- 電子回折図形の指数付け，収束電子回折の使い方 -- 改訂新版 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中通義、寺内正己、津田健治
  • 総ページ数: 250
  • 出版者: 共立出版