ブックタイトル日本結晶学会誌Vol58No2

概要

日本結晶学会誌Vol58No2

日本結晶学会誌 第58巻 第2号（2016） 99三方位からの透過形電子顕微鏡観察と構造因子計算によるBiFeO3エピタキシャル薄膜の結晶対称性の決定果はいずれも0.200 nmとなり，図2b のdout-of-plane/din-plane＝ 1.0とよく一致することがわかる．BFOとSTOのエピタキシャル関係を調べるために，STO基板の［010］STO のNBEDパターンも計算した（図2e）．その結果，BFOがSTO上に菱面体晶の結晶対称性を伴って成長する際，BFOとSTOの面直と面内方向の格子ミスフィットを最小限に抑える（＜ 2.5％）ために，以下のようなエピタキシャル関係を保つこと考えられる．［241］ of BFO/［/ 010］ of STO ;（204＿） of BFO/（/ 200） of STO（1）しかし，図2b と図2dのパターンではその対称性や回折スポットの距離などがきわめて類似しており，TEMの軸調整などに十分に注意をしないと回折パターンを擬立方晶などと見誤る可能性が十分にある．つまり，相同定の誤認を避けるためにはほかの方位についても検討して基板と回折パターンが明瞭に異なる方位を見つける必要がある．3.3　［011］STO方位からのNBED や構造因子計算結果NBEDパターンは三次元逆格子空間の二次元的な断片であることから，異なる結晶方位からのNBEDパターンを測定して［010］STOから得られたエピタキシャル関係の妥当性を確認する必要がある．図3a は［011］STO 晶帯軸から観察した断面TEM像である．図3b および図2dはBFOとSTOからのNBEDパターンである．先に述べたように図2b と図2d のパターンではその対称性や回折スポットの距離などがきわめて類似していたことに対して，図3b と図3dではNBEDパターンの対称性が明らかに異なるため，基板のNBEDパターンと重複して誤認することがほとんどない．図3b と図3d のNBEDパターンから精密な構造解析を行うために構造因子計算を行った結果，図3b は図3c で示したように菱面体晶のBFOの［211］の回折パターンと一致することが明らかとなった．STO［011］の構造因子計算結果は図3eに示している．図3b と図3dにて白い矢印で示した回折スポットは2重回折に起因する．18）この計算結果から以下のエピタキシャル関係が得られた：［211］ of BFO/［/ 011］ of STO ;（102＿） of BFO/（/ 200） of STO（2）BFOとSTOの格子ミスフィットを面垂直と面内にてそれぞれ計算すると，2.5％と2.2％であることがわかった．この格子ミスフィットの値は上述した［010］STOから計算した値とほぼ同じであり，［011］STO 方位からの電子線回折実験においてもBFOとSTOの界面でのミスフィットは最小限に抑えられていることがわかった．（1）と（2）のエピタキシャル関係から，［010］STO と［011］STO と対応した［241］BFO と［211］BFOの角度は45 °となっている必要がある．実際に計算すると，［241］BFO と［211］BFO の角度は45.0°となっており，独自に計算したエピタキシャル方位には妥当性があることが証明された．3.4　［011］STO方位からの高分解能像とファストフーリエ変換（FFT）図4は図3aの1および2の四角の領域の高分解能TEM像とそのFFTパターンである．TEM観察のため図4a と図4b にて原子構造の違いは区別しにくいが図4b のFFTパターンに比べて図4aのFFTパターンには，（113＿）や（2 1＿3 ＿）など，図3b のNBEDパターンで得られた菱面体晶に特有の回折スポットの存在が確認できる．以上の結果は，図3bで示した菱面体晶構造に特有の回折スポットはCCDカメラからの虚像や高次ラウエゾーンに起因するものではなく，BFOの構造に由来するものであることを意味している．［011］STO 方位からのNBEDパターンおよび高分解能TEM像のFFTパターンの両方から菱200011(d) (e)102120113 213(b) (c)Epoxy12(a)図3 （a）［011］STO晶帯軸のTEM明視野像，（b）BFO薄膜からのNBEDパターン，（d）STO基盤からのNBEDパターン．（b）と（d）に相当する構造因子の計算結果は（c）と（e）である．19（） A cross-sectional BF TEMimage of BFO layer from ［011］STO orientation with NBEDpatterns from the encircled areas of BFO layer （b） andSTO substrate （d）. SF calculations of the correspondingNBED patterns are shown in（ c） and（ e）.）