ブックタイトル日本結晶学会誌Vol62No1

概要

日本結晶学会誌Vol62No1

日本結晶学会誌62，17-25（2020）?特集結晶学と情報学の融合L1正則化を用いた光電子ホログラフィーによるドーパントの原子配列解析奈良先端科学技術大学院大学物質創成科学領域，高輝度光科学研究センター松下智裕Tomohiro MATSUSHITA: Local Atomic Structure Analysis of the Dopants UsingPhotoelectron Holography Using L1 RegularizationRecently, the atomic arrangement analysis of dopants in crystal using atomic resolutionholography, such as photoelectron holography, X-ray fluorescence holography and neutronholography become possible. The equation for converting an atomic arrangement to an atomicresolution hologram is given. In order to obtain an atomic arrangement from a measured hologram, it isnecessary to perform inverse conversion, which is an underdetermined system. L1 regression used formachine learning is effective to solve it. Taking photoelectron holography as an example, the principleof the atomic resolution holography, algorithm to a tree-dimensional atom image, and the analysis ofatomic arrangement of the phosphorus dopant in diamond by photoelectron holography are shown.1．はじめに近年，光電子ホログラフィー，1-12）蛍光X線ホログラフィー13）や中性子ホログラフィー14,15）などの原子分解能ホログラフィーを利用して，結晶中のドーパントの立体的な原子配列構造が解けるようになってきた．現代の科学技術において，物質にドーピングをすることで機能性材料を作り出すことは普遍的に行われており，ドーパントが重要であることは認識されている．ドーピング条件によってドーパントの原子配列が変わってしまい，性能が得られない場合もあるため，ドーパントの原子配列について多くの研究者が関心を寄せていた．しかしながら，ドーパントの原子配列の解析を行うことは難しい．結晶の場合，原子配列の立体構造はX線結晶構造解析などの並進対称性を利用した手法で測定できる．しかし，ドーパントは並進対称性をもたないために通常の回折法は適用できない．電子顕微鏡を利用した例が報告されている16,17）が，マトリックスに埋め込まれた，微量のドーパントを測定するのは難しく，ボロンなどの軽元素を観測するには困難が伴う．また，X線吸収微細構造（XAFS）を利用すれば，最近接原子間距離と配位数がわかり，この情報を基に原子配列の推定が行われているが，推定の域を出ない．近年，筆者をはじめとする日本の研究グループが原子分解能ホログラフィーを使用すると，物質中のドーパントの原子構造が解けることを見出した．現在，さまざまな物質のドーパントの構造解明を進めている．18-24）ここでは光電子ホログラフィーを例に，L1正則化による原子分解能ホログラムの立体原子像再生理論について述べる．光電子ホログラフィーは他のホ日本結晶学会誌第62巻第1号（2020）ログラフィー技術と比べて，特に優れた点がある．内殻光電子のケミカルシフトを利用することで，ドーパントの価数を分離して，それぞれのホログラムを分離計測でき，そこから価数ごとのドーパントの構造の決定が可能である．近年，これらの測定装置の発展と解析理論の発展により，応用事例が増えてきた．22-24）ここでは，ダイヤモンド中のリン（P）ドーパント24）の原子構造を解いた例を紹介したい．2．光電子ホログラフィーの測定原理光電子ホログラフィーの測定原理を図1に示す．物質にX線を照射して，ドーパントの内殻から光電子を励起(1) soft x-rayDopant(2) photoelectron(4) Hologram(3) scattered wave図1光電子ホログラフィーPrincipleの原of理photoelectron．（holography.）（1）軟X線を照射する．（2）ドーパントから光電子が放出される．（3）光電子の波の一部が周囲の原子で散乱され散乱波を生じる．（4）直接波と散乱波が干渉し，光電子の放出角度分布に干渉縞（光電子ホログラム）が現れる．17