画像化技術：四次元電子顕微鏡法によるサブオングストローム分解能での電荷密度の実空間画像化

物質の化学結合、電子輸送、光学特性、機械的特性は、その電荷密度分布によって決まる。バルク物質の電荷密度の間接的測定は、X線回折法や電子線回折法を通して構造因子をフィッティングすることによって可能であるが、ビーム照射領域内で試料が完全に均一な場合に限られる。一方、走査型トンネル顕微鏡法や原子間力顕微鏡法によって、化学結合の観察が可能になるが、表面のみの観察に限られる。新しい物理現象が現れるような欠陥、界面、境界部などがある結晶構造が不完全なナノ構造や機能性物質では、電荷密度の解像はまだ難題である。今回我々は、ピクセル型角度分解高速電子検出器と走査型透過電子顕微鏡を併用して、サブオングストローム分解能で結晶物質の局所電荷密度を直接マッピングできる実空間画像化法を開発したことを報告する。我々は、この手法を用いて、SrTiO₃/BiFeO₃ヘテロ接合における界面電荷分布と強誘電分極を四次元画像化し、BiFeO₃の分極場の侵入によって誘起される界面での電荷蓄積を発見した。この発見は、密度汎関数理論計算を用いた対照比較によって確認された。今回の電荷密度画像化法は、電子顕微鏡法を原子の検出から電子分布の画像化へと発展させるものであり、結晶固体中の局所結合を調べる新しい方法をもたらす。

目次へ戻る