Letter
画像化技術：単一原子レベルでの化学的秩序/無秩序と材料特性の解明
Nature 542, 7639 doi: 10.1038/nature21042
完全結晶は、自然界ではまれである。実際の材料は、粒界、転位、界面、表面再構成、点欠陥などの、結晶欠陥や化学的秩序/無秩序を含んでいることが多い。こうした周期性の乱れは、材料の特性や機能に強い影響を及ぼす。定量的な材料特性評価方法が急速に発展したにもかかわらず、化学的秩序/無秩序や結晶欠陥の三次元（3D）原子配置と材料特性を関連付けることは、まだ困難である。一方、密度汎関数理論（DFT）などの量子力学計算は、理想的なバルク系のモデリングから、ドーパント、転位、粒界、界面を有する「現実的な」材料のモデリングへと進歩している。しかし、こうした計算は、結晶学から導き出した平均的な原子モデルに大きく依存している。第一原理計算の予測力を高めるには、平均的な結晶学的測定を超えて、実際の系の原子座標を用いることが早急に必要である。今回我々は、1個の鉄白金ナノ粒子中において、6569個の鉄原子と1万6627個の白金原子の3D座標を決定し、単一原子レベルで化学的秩序/無秩序や結晶欠陥と材料特性を関連付けた。原子組成、粒界、逆位相境界、アンチサイト点欠陥、スワップ欠陥を含む豊かな構造的多様性が、かつてない3Dの詳細さで確認された。我々は、実験的に測定した精度22ピコメートルの座標と化学種を、原子のスピン磁気モーメントと軌道磁気モーメント、局所的磁気結晶異方性などの材料特性のDFT計算への直接入力として用いることができることを示す。今回の研究は、結晶欠陥の3D原子構造決定とDFT計算を組み合わせており、基礎レベルで構造と特性の関係の理解を前進させるものと予想される。
