STEM－EELS法を用いた遷移金属酸化物の高空間分解能電子状態解析

使用 STEM-EELS 方法对过渡金属氧化物进行高空间分辨率电子结构分析

基本信息

批准号：
11J00051
负责人：
治田充貴
金额：
$ 1.02万
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 JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2013
项目状态：
已结题

项目摘要

材料の物性を原子レベルから理解することは、物性発現の起源を知る上でもまた新規材料設計の分野においても非常に重要である。特に、遷移金属酸化物は高温超伝導や巨大磁気抵抗効果など興味深い物性を示すものが多く、物性発現の起源の解明が求められている。材料を高い空間分解能で分析する際に役に立つのが電子顕微鏡である。近年、電子顕微鏡の分野では、走査型透過電子顕微鏡(STEM)と電子エネルギー損失分光法(EELS)を組み合わせることで、原子の配列だけでなく個々の原子の電子状態をも分析することが可能である。しかしながら、現在のところ全ての原子に対してこのような分析が行えるわけでなく、これまで遷移金属酸化物では陽イオンは原子分解能での分析が比較的容易に行えたが、陰イオンである酸素原子に関してはいくつかの物理的制約から真に原子分解能で電子状態を分析することが困難であった。本研究ではこれらの問題に対し物質・材料研究機構に設置されている最新のSTEMを用いて以下の研究を行なった。・オーストラリアのメルボルン大学との共同研究によって実験データから真に原子分解能の酸素スペクトルを抽出する方法を提案。・原子分解能で得られた酸素の電子状態を第一原理計算によって詳細に解析・酸素のEELSスペクトルに見られるコアホール効果について原子レベルで分析以上の結果により、酸素のEELSスペクトルが初めて真に原子分解能で理解することができた。この結果は電子状態マッピングを行う上でも、顕微鏡像に電子状態という物理的意味のある情報を与えるだけでなく、様々な酸化物に応用可能な手法であり非常に重要な結果である。

从原子水平理解材料的物理性质对于理解物理性质的起源和新材料设计领域都极其重要。特别是，许多过渡金属氧化物表现出有趣的物理性质，例如高温超导和巨磁阻效应，并且需要阐明这些物理性质的起源。电子显微镜可用于分析高空间分辨率的材料。近年来，在电子显微镜领域，通过结合扫描透射电子显微镜（STEM）和电子能量损失光谱（EELS），不仅可以分析原子的排列，还可以分析单个原子的电子状态。是。然而，目前还不可能对所有原子进行这种分析，到目前为止，以原子分辨率分析过渡金属氧化物中的阳离子相对容易，但用阴离子氧来分析原子的电子态却很困难。由于几个物理限制，真正的原子分辨率。在本研究中，我们利用国立材料科学研究所安装的最新 STEM 进行了以下研究来解决这些问题。・通过与澳大利亚墨尔本大学的联合研究，提出了从实验数据中提取真实原子分辨率氧光谱的方法。 - 使用第一原理计算以原子分辨率详细分析氧的电子态 - 在原子水平上分析氧的 EELS 光谱中看到的核心空穴效应我能够以分辨率理解它。这一结果对于电子态映射来说是一个非常重要的结果，因为它不仅提供了显微图像中电子态的物理上有意义的信息，而且是一种可以应用于多种氧化物的方法。