計測：TEMで得たSrTiO₃の再構成(001)表面の結合と構造に関する情報

金属酸化物表面の原子構造を決定し、表面における再構成や結合に関する情報を取得することは、このような表面が欠陥の多い構造であるのに加えて絶縁性であるために困難である。透過電子顕微鏡（TEM）は、空間分解能が1 Å未満ときわめて高く、実空間と逆格子空間の両方から系統的情報を得ることが可能である。しかし、表面に関するTEM研究は今までほとんど行われていない。なぜなら、表面に起因する非常に弱いシグナルよりも、バルクからの情報のほうが支配的だからである。今回我々は、くさび形サンプルを用いて、一連の厚さによって重みが異なる表面シグナルを含んだ電子エネルギー損失スペクトルから表面情報を効果的に抽出する実験的方法について報告する。技術的に重要な化合物であるチタン酸ストロンチウムSrTiO₃の(001)表面を検証用のモデル系として用いた場合、表面スペクトルが原子再構成に対して敏感であり、表面Ti陽イオンの周りで結合と結晶場の変化が起こることが、我々の方法で明らかになった。実験で得た表面スペクトルと、密度汎関数計算で最適化された表面原子構造案に基づく結晶場多重項計算の結果との間に、非常によい一致が達成できている。我々の高分解能走査型TEM像では、モデル案で示されたTiO_6−xユニットのひずみを直接見ることが可能である。我々はこの方法を、TEMの高分解能像としてだけではなく表面原子から有効な分光情報を抽出する一般的な方法として用いることを提案する。

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