ブックタイトル日本結晶学会誌Vol61No4

概要

日本結晶学会誌Vol61No4

日本結晶学会誌61，231-236（2019）ミニ特集精密構造解析グラフェン欠陥の原子電場構造解析東京大学総合研究機構石川亮，柴田直哉，幾原雄一Ryo ISHIKAWA, Naoya SHIBATA and Yuichi IKUHARA: Direct Electric Field Imagingof Atomistic Graphene DefectsAtomistic structure defects such as impurity or vacancy could influence on materials’properties,and therefore it is important to investigate the local atomic structures. However, chemical bondingstate may be useful for the further understanding the relationship between the structure and theproperties. Here, we show that atomic-resolution differential phase contrast imaging in scanningtransmission electron microscopy is able to directly visualize the anisotropy of single Si atomicelectric fields in monolayer graphene. Furthermore, we also investigate the atomic electric fields ofStone-Walse defects and nanoholes in graphene. Our findings open the way to directly examine thelocal chemistry at the structure defects in materials at atomic-scale.1．はじめに材料の物理・化学的特性は組成や構造に加え，結晶の不完全性である格子欠陥の存在により影響を受ける．不純物ドーパント，原子空孔あるいは複合した欠陥群は点欠陥と呼ばれ，小さな欠陥にもかかわらず，物性を大きく左右する．1）これら点欠陥の構造解析は，占有サイトやその周囲の配位環境を中心に研究が行われてきた．しかし，発現する物性の理解には，局所的な原子配列に加え化学結合状態の解析が重要となる．最近，材料に内在する電場や磁場を観察する電子顕微鏡法として微分位相コントラスト法が注目を集めている．2,3）本手法は，走査透過型電子顕微鏡（STEM：Scanning TransmissionElectron Microscopy）において，従来の円対称な検出器を方位角方向へ分割することで，原子レベルでの電場観察が実現している．本稿では，その応用例として代表的な二次元物質であるグラフェン中に形成された欠陥領域における電場構造解析から化学結合を反映した情報を原子スケールで観察した結果について紹介する．4）下方の回折面に検出器を配備するが，円対称あるいは環状型の検出器がよく用いられる．検出系としては，弾性散乱よりも高角に散乱された電子で結像する環状暗視野法（ADF：Annular Dark-Field）や明視野領域（透過波）で結像する環状明視野法（ABF：Annular Bright-Field）がある．高角に散乱された電子で結像するADF像は原子番号への依存性を示すためZコントラスト法と呼ばれ，2．走査透過型電子顕微鏡法2.1環状明視野・暗視野法図1aに示すように，原子分解能STEM法ではレンズ系により1 A以下に収束した電子プローブを準備し，試料上を走査して各位置で検出した透過電子から原子スケールでの実像を得る手法である．対物レンズの不完全性を補完する収差補正レンズの実用化により，現在では40.5 pm（＝0.405 A）の実空間分解能が達成されている．5）原子分解能STEMでは，電子線を究極的に収束するレンズ系に加え，検出器も重要な役割を果たしている．試料日本結晶学会誌第61巻第4号（2019）図1（a）STEMの概略図．（Schematic view of scanningtransmission electron microscopy.）ABF-，DPC-STEMは透過波を利用して結像する．ADFは回折パターンよりも高角で結像する．LiCoO 2の［100］入射から得られた（b）ADF-STEM，（c）ABF-STEM像．231