共同研究・競争的資金等の研究課題

2017年4月 - 2022年3月

17H06094原子・イオンダイナミクスの超高分解能直接観察に基づく新材料創成

日本学術振興会  科学研究費助成事業 特別推進研究
  • 幾原 雄一
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  • 柴田 直哉
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  • 中村 篤智
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  • 石川 亮
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  • 馮 斌
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  • 栃木 栄太
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  • 溝口 照康
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  • 関 岳人
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  • 松永 克志

課題番号
17H06094
配分額
(総額)
590,200,000円
(直接経費)
454,000,000円
(間接経費)
136,200,000円

本年度の主たる研究成果は下記の通りである。
1. STEM高速観察法の開発:STEMによる原子像の高速取得を実現するため、研究第二年度に導入した電子線高速走査・検出システムを用いて走査速度、プローブ電流、ピクセル解像度等の実験パラメーターの最適化を行った。評価試験の結果、従来と同等のピクセル解像度である512x512pixelにて25フレーム/秒の原子像取得速度が実現された。これは従来と比較して10倍程度の値となっており、またリアルタイムの動画像生成できる速度である。
2. 変形・破壊ダイナミクスの直接観察:これまで開発してきたその場荷重負荷試験法により原子分解能STEM内にて結晶性材料の変形試験を実施した。金属結晶において変形に伴う面欠陥の形成とその構造変化の過程が捉えられた。実験結果をもとに理論計算による解析を行った結果、構造変化の前後ではエネルギー利得がほぼないことがわかった。このことより、変形に伴う面欠陥形成の初期過程においては構造的な多様性があり得ることが明らかとなった。
3. 粒界におけるイオンダイナミクスの直接観察:バイクリスタル法により異種元素を添加した酸化物粒界試料を作製し、STEM内にてその場電圧印可実験を行った。電圧印可に伴い粒界において原子構造変化が観察され、主に添加元素の移動によるものであることが示唆された。
4. 単一粒界における局所物性評価法の開発:バイクリスタル法により単一粒界を含む酸化物双結晶を作製した。本試料に対するマイクロ電極の形成とマイクロプローバーによる電気特性評価並びにSTEMによる局所電子状態評価を実施した結果、粒界方位と粒界電気伝導特性との相関関係が明らかとなり、単一粒界の電気的特性を高精度に評価可能であることが示された。

リンク情報
論文
Ultra-high contrast STEM imaging for segmented/pixelated detectors by maximizing the signal-to-noise ratio
論文
Magnetic-structure imaging in polycrystalline materials by specimen-tilt series averaged DPC STEM
論文
Quantitative Electric Field Mapping of a p-n Junction by DPC-STEM
URL
https://kaken.nii.ac.jp/file/KAKENHI-PROJECT-17H06094/17H06094_saitaku_gaiyo_ja.pdf
URL
https://kaken.nii.ac.jp/file/KAKENHI-PROJECT-17H06094/17H06094_saitaku_shoken_ja.pdf
URL
https://kaken.nii.ac.jp/file/KAKENHI-PROJECT-17H06094/17H06094_kenkyu_shinchoku_hyoka_genchi_chosa_ja.pdf