Atomic-scale analysis of the ordering of strongly correlated electrons in perovskite-type oxides

钙钛矿型氧化物中强相关电子排序的原子尺度分析

基本信息

批准号：
21K05092
负责人：
長井拓郎
金额：
$ 2.66万
依托单位：
National Institute for Materials Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

実空間におけるスピンのアトムスケール観察を目的として、イメージコレクターを用いた高分解能ローレンツ電子顕微鏡法の最適化を図った。電子線単色化モノクロメータを用いて、光学系の条件を最適化することにより、ヘリカル反強磁性を発現する標準物質（希土類金属ホルミウム）において、1.0nm離れた反転する磁気モーメントを分離して実空間観察することに成功した。また、軌道のアトムスケール観察を目的として、ペロブスカイト関連層状構造をもつマンガン酸化物Nd1-xSr1+xMnO4 (0.5≦x≦0.82)について、TEM観察、電子回折測定、STEM観察およびEELS分析を行った。まず、室温における明視野像観察、高分解能像観察および電子回折測定により、試料の構造は共通して正方晶I4/mmmであり、欠陥構造を含まないことを確認した。また、イオンミリング法で作製した電顕観察用試料についてプローブコレクターを用いた高角度環状暗視野 (HAADF)ーSTEM法により、金属原子コラムを直接観察した。次に、液体窒素冷却試料ホルダーを用いて温度を変化させながら明視野像観察および電子回折測定を行い、この系の低温電子相を確認した。x=0.67および0.75では電荷軌道秩序相（反強的軌道秩序相）、x=0.80では電荷軌道秩序相および強的軌道秩序相、x=0.82では強的軌道秩序相をそれぞれ確認した。x=0.80では、温度低下に伴う、電荷軌道秩序相（高温相）から強的軌道秩序相（低温相）への相転移を確認した。さらに、局所領域の電子回折パターンを観察し解析することにより、強的軌道秩序相において出現するバンド状分域（軌道秩序ドメイン）における軌道配列パターンを同定した。それぞれの強的軌道秩序ドメインをSTEM-EELS法を用いて角度分解EELS測定を行い、軌道パターンとEELSスペクトルの相関を調査した。

为了观察真实空间中的原子尺度旋转，我们使用图像收集器优化了高分辨率Lorentz电子显微镜。通过使用电子束单色器来优化光学系统条件，我们通过在标准材料（稀土金属圆顶）中分离出倒置的磁矩1.0 nm，成功地观察了真实空间，该磁力矩具有1.0 nm（稀土金属型），该材料表现出螺旋抗铁磁性。此外，为了观察轨道的原子尺度，TEM观察，电子衍射测量，茎观测和鳗鱼分析在氧化锰ND1-XSR1+XMNO4（0.5≦x x≦x≦0.82）上进行了perovskite与perovskite与perovskite相关的分层结构。首先，通过在室温，高分辨率图像和电子衍射测量时观察Brightfield图像，可以证实样品的结构通常是四方I4/mmm，并且不包含有缺陷的结构。此外，使用高角度环形黑场（HAADF） - 使用探针收集器来直接观察金属原子柱，用于电子显微镜观测样品，该观测样品是通过离子铣削方法制备的。接下来，使用液氮冷却样品持有人更改温度时，进行了Brightfield图像观测和电子衍射测量，以确认该系统的低温电子相。在X = 0.67和0.75时确认了电荷轨道阶阶段（抗轨道阶阶段），在X = 0.80处确认电荷轨道阶阶段，并在x = 0.82时确认强轨道阶阶段。在X = 0.80时，从电荷轨道有序相（高温相）到强轨道有序相（低温相）的相变为温度下降。此外，通过观察和分析局部区域中的电子衍射模式，确定了出现在强大的轨道阶阶段中带状域（轨道顺序域）中的轨道序列模式。使用干eels方法对每个稳健的轨道阶域进行了角度分辨的鳗鱼测量，以研究轨道模式与鳗鱼光谱之间的相关性。