Study of local crystal structures and microscopic mechanism of Martensitic phase transformations using electron nano-probe

利用电子纳米探针研究马氏体相变的局部晶体结构和微观机制

基本信息

批准号：
22H01150
负责人：
津田健治
金额：
$ 11.48万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

Ti-Ni-Fe合金に対して室温でのSTEM-CBED実験を行った。Ti-Ni-Fe合金系は、低温でマルテンサイト相転移を示す典型例の一つであり、室温の立方晶から温度を下げると低温のR相へとマルテンサイト相転移を起こす。STEM-CBED法で1nm程度の局所領域を選択してCBEDデータ取得を行い、室温の立方晶相においても低温R相に対応するナノスケールの局所構造変化が観察されることを見出した。これに対応する局所原子変位モデルを用いて、散漫散乱に対応する超格子反射強度のシミュレーションを行った。また、マルテンサイト相転移で現れるナノスケールの不均一ドメイン構造から、CBED図形の定量的な強度分布を計算するため、我々の開発してきたCBEDシミュレーションコードMBFITに、コヒーレントナノ電子プローブと3次元ナノドメイン構造を含む超格子構造モデルを取り扱う機能を実装した。この場合、元の単位胞の基本反射に加えて多数の超格子反射が現れるが、これらがコヒーレントに干渉する条件で動力学回折（多重散乱）強度計算を行う。この方法では、異なるプローブ位置および異なる試料厚さに対する計算は、ブロッホ波計算における境界条件のみの変更となり、計算コストが小さく済む利点がある。これは、試料上の多数の点からCBED図形を得るSTEM-CBED法の解析に有利である。一方で、大きな超格子を扱うため、ブロッホ波計算で対角化する行列の次数が増加して計算時間が増大するが、MPIによる並列計算およびPCクラスター計算機の利用により大幅な計算時間短縮に成功した。

在 Ti-Ni-Fe 合金上进行了室温下的 STEM-CBED 实验。 Ti-Ni-Fe合金系是低温下表现出马氏体相变的典型例子之一，当温度从室温立方晶降低时，发生马氏体相变到低温R阶段。我们通过使用STEM-CBED方法选择约1 nm的局部区域来获取CBED数据，发现即使在室温下的立方相中也观察到与低温R相相对应的纳米级局部结构变化。使用相应的局部原子位移模型，我们模拟了漫散射对应的超晶格反射强度。此外，为了从马氏体相变中出现的纳米级异质域结构计算CBED形状的定量强度分布，我们在CBED模拟代码MBFIT中添加了相干纳米电子探针和三维纳米域。开发了处理超晶格结构模型（包括结构）的功能。在这种情况下，除了原始晶胞的基本反射之外，还出现许多超晶格反射，并且在这些反射相干干涉的条件下进行动态衍射（多重散射）强度计算。该方法针对不同探头位置和不同样品厚度的计算只需改变布洛赫波计算中的边界条件，具有降低计算成本的优点。这对于使用 STEM-CBED 方法进行分析非常有利，该方法可以从样品上的大量点获取 CBED 数据。另一方面，由于我们处理的是大型超晶格，布洛赫波计算中要对角化的矩阵阶数增加，这增加了计算时间，但我们通过使用 MPI 并行计算并使用PC集群计算机做到了。