画像化技術：結晶欠陥およびトポロジカル欠陥のX線直線二色性トモグラフィー

材料の機能性は、その組成と微細構造、すなわち、材料中の結晶粒の分布と方位、粒界、欠陥によって決まる。これまで、結晶粒の分布、それらの方位、そして欠陥の存在をマッピングする特性評価技術は、表面の調査、数百ナノメートルの空間分解能、または約100 nmの厚さの系に限られており、そのため測定には破壊的な試料調製が必要で、系の代表的な体積の研究や動作条件下での材料の調査が妨げられてきた。今回我々は、X線直線二色性配向トモグラフィー（XL-DOT）を提示する。これは、非侵襲的で定量的な手法であり、広範な多結晶質材料や非結晶質材料の粒内および粒間の三次元的な特性評価を可能にするものである。我々は、硫酸製造の重要な触媒である五酸化バナジウム（V₂O₅）の多結晶質試料の、詳細な特性評価の結果を報告する。多結晶質試料全体について、ナノスケールの組成、微細構造、結晶方位が73 nmの空間分解能で決定された。また、結晶粒だけでなく、ねじり粒界、傾角粒界、双晶粒界が同定・特性評価された。さらには、体積結晶欠陥の存在によって促進されるトポロジカル欠陥の生成と消滅も観測された。今回の方法の非破壊的で分光学的な性質は、エネルギー材料、機械材料、量子材料などの機能性材料の化学研究と微細構造研究を組み合わせたオペランド研究への扉を開くものである。

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