画像化技術：非晶質材料の3D原子構造の正確な決定
Nature 649, 8099 doi: 10.1038/s41586-025-09857-4
長距離秩序を持たない固体である非晶質（アモルファス）材料は、薄膜エレクトロニクス、太陽電池、相変化メモリーから磁性部品、医療機器、量子技術まで、さまざまな技術を支えている。しかし、非晶質材料は周期性がないため、原子分解能での三次元（3D）構造の決定が根本的に制限される。短距離秩序や中距離秩序の評価においては、理論、実験、計算の面で大きな進歩が見られるにもかかわらず、非晶質材料における完全な3D原子配置の定量的決定は、依然として実験的に困難である。現在、原子分解能電子線トモグラフィー（AET）によって、こうした材料を直接3D原子マッピングする手段がもたらされている。今回我々は、AETの定量分析について報告し、ロバストな画像前処理、雑音除去、投影のアライメントと正規化、高度なトモグラフィー再構成、原子追跡、元素分類、原子位置の精密化が集合的に、非晶質材料における3D原子座標と元素の種類の確実な決定を可能にする方法を示す。さまざまな雑音レベルにおけるSi、SiGeSn、CoPdPtの非晶質ナノ粒子のマルチスライスシミュレーションデータセットを用いたところ、我々のワークフローは、位置精度と分類正確度の両方の点で、別の手法よりも優れていた。CoPdPtでは、現実的な線量条件下において、Co原子の95.1％、Pd原子の99.0％、Pt原子の100％が特定され、対応する3D位置精度はそれぞれ29 pm、12 pm、6 pm であった。今回の結果は、非結晶材料の正確なAETを実現するための実用的な指針と定量的なベンチマークを確立するものであり、基礎となる枠組みは、高忠実度3D再構成のための他のトモグラフィー撮像法に広く適用できる。
