Visualization of light elements by STEM imaging with Bayesian super-resolution

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K18819
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 原田 俊太 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 准教授 (30612460)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2023-03-31
• Keywords: 走査透過電子顕微鏡 / エネルギーキャリア / 超解像

Outline of Annual Research Achievements

高角散乱暗視野（HAADF）走査型透過電子顕微鏡（STEM）像では、原子番号（Z）に対応したコントラストが得られる。このためHAADF-STEM法は原子配列の直接観察が可能な方法として、無機材料の研究開発に広く用いられている。しかし、電子散乱能の小さい軽元素からの信号は極めて弱く、軽元素原子の観察には不向きである。このため、水素やリチウムといった軽元素エネルギーキャリアの安定サイトや伝導経路の観察は不可能であると考えられている。。本研究では、低倍率のHAADF-STEM像から単位胞を含む同一箇所のユニット画像を多数抽出し、ベイズ超解像によりS/Nを高めた高解像度の画像を再構築することによって、これまでHAADF-STEM法での直接観察が難しかった、軽元素原子の可視化手法を確立することを目的としている。これまでに、ルチル型二酸化チタンのHAADF-STEM像からユニット画像を抽出するプログラムを作成し、積算することによって信号強度を増幅することが可能であることが分かっている。画像超解像のためのプログラム作成も進めており、2022年度は酸素やリチウムといった軽元素原子の可視化法の確立を目指す。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

ユニット画像を積算することによりダイナミックレンジを広げることができることを確認しており、計画通りに進捗している。

Strategy for Future Research Activity

超解像プログラムの作成もおおむね終了しており、2022年度は実データへの適用を進め軽元素原子可視化手法の確立を加速する。

Causes of Carryover

初年度に予定していた計算機購入について、超解像プログラムの計算コストを加味して購入する方が良いと判断し、次年度以降に購入することとした。このため、次年度使用額が生じた。