Study of local crystal structures and microscopic mechanism of Martensitic phase transformations using electron nano-probe

Ti-Ni-Fe合金に対して室温でのSTEM-CBED実験を行った。Ti-Ni-Fe合金系は、低温でマルテンサイト相転移を示す典型例の一つであり、室温の立方晶から温度を下げると低温のR相へとマルテンサイト相転移を起こす。STEM-CBED法で1nm程度の局所領域を選択してCBEDデータ取得を行い、室温の立方晶相においても低温R相に対応するナノスケールの局所構造変化が観察されることを見出した。これに対応する局所原子変位モデルを用いて、散漫散乱に対応する超格子反射強度のシミュレーションを行った。また、マルテンサイト相転移で現れるナノスケールの不均一ドメイン構造から、CBED図形の定量的な強度分布を計算するため、我々の開発してきたCBEDシミュレーションコードMBFITに、コヒーレントナノ電子プローブと3次元ナノドメイン構造を含む超格子構造モデルを取り扱う機能を実装した。この場合、元の単位胞の基本反射に加えて多数の超格子反射が現れるが、これらがコヒーレントに干渉する条件で動力学回折（多重散乱）強度計算を行う。この方法では、異なるプローブ位置および異なる試料厚さに対する計算は、ブロッホ波計算における境界条件のみの変更となり、計算コストが小さく済む利点がある。これは、試料上の多数の点からCBED図形を得るSTEM-CBED法の解析に有利である。一方で、大きな超格子を扱うため、ブロッホ波計算で対角化する行列の次数が増加して計算時間が増大するが、MPIによる並列計算およびPCクラスター計算機の利用により大幅な計算時間短縮に成功した。

Ti-Ni-Fe合金に対して室温でのSTEM-CBED実験を行った。Ti-Ni-Fe合金系は、低温でマルテンサイト相転移を示す典型例の一つであり、室温の立方晶から温度を下げると低温のR相へとマルテンサイト相転移を起こす。STEM-CBED法で1nm程度の局所領域を選択してCBEDデータ取得を行い、室温の立方晶相においても低温R相に対応するナノスケールの局所構造変化が観察されることを見出した。これに対応する局所原子変位モデルを用いて、散漫散乱に対応する超格子反射強度のシミュレーションを行った。また、マルテンサイト相転移で現れるナノスケールの不均一ドメイン構造から、CBED図形の定量的な強度分布を計算するため、我々の開発してきたCBEDシミュレーションコードMBFITに、コヒーレントナノ電子プローブと3次元ナノドメイン構造を含む超格子構造モデルを取り扱う機能を実装した。この場合、元の単位胞の基本反射に加えて多数の超格子反射が現れるが、これらがコヒーレントに干渉する条件で動力学回折（多重散乱）強度計算を行う。この方法では、異なるプローブ位置および異なる試料厚さに対する計算は、ブロッホ波計算における境界条件のみの変更となり、計算コストが小さく済む利点がある。これは、試料上の多数の点からCBED図形を得るSTEM-CBED法の解析に有利である。一方で、大きな超格子を扱うため、ブロッホ波計算で対角化する行列の次数が増加して計算時間が増大するが、MPIによる並列計算およびPCクラスター計算機の利用により大幅な計算時間短縮に成功した。