電子線エネルギー損失分光を用いた不純物近傍の局所構造及び化学結合状態の解明

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平成14年度においては,セラミックス粒内及び粒界に存在するドーパント近傍局所環境解析を,TEM-EELS測定,第三世代放射光施設SPring-8を用いたXANES測定により行なった.また,前年度から引き続きELNES/XANES理論計算法の開発も行なった.研究実績は以下の通りである.1)セラミックス多形のELNES/XANESと化学結合状態構造の違いがELNES/XANESに与える影響を調べるために,AIN及びSiC多形のELNES/XANESについて,第一原理バンド計算を用いた理論予測および解析を行なった.構成元素が同じであるのにかかわらず,多形間では大きなスペクトル形状の変化が予測された.スペクトル形状の違いは,配位数の違いだけでなく,共有結合性の違いにも起因していることが分かった.研究成果は,米国セラミックス協会,米国電子顕微鏡学会において発表し,電子顕微鏡関連学術誌の"Micron"に受理された.2)セラミックス中極微量ドーパント近傍局所環境解析工業的にセラミックス材料は,種々のドーパントを大量に添加して利用されている.そのようなドーパント添加に起因した物性変化や機能発現の現象を,化学結合及び電子状態の視点から解明するためには,まずドーパントを極微量添加した系を取り扱う必要がある.極微量添加系を用いることで,ドーパント間の相互作用を無視することが出来,精緻な解析が可能となる.本研究では,第三世代放射光施設SPring-8を用いたXANES測定,TEM-EELS測定及び,第一原理理論計算を組み合わせた手法を用い,セラミックス粒内や粒界におけるドーパントの局所環境解析を行なった.MgO中Ga及びAl_2O_3中Znの解析から,両系におけるドーパント近傍局所環境を明らかにした.本成果は,第一回Kyoto International Workshop on Computational Materials Science,X線分析研究懇談会において発表した.また,共同研究者が行なった陽電子寿命測定の結果とあわせ,国際一流雑誌への投稿を準備している.3)ELNES/XANESの標準的な理論解析法の確立と,計算プログラムの開発ELNES/XANESを材料開発に応用する上で,第一原理計算を用いた理論解析は必要不可欠である.申請者は,米国研究者と共同し,第一原理バンド計算プログラムの改良を行なった.従来と比較してユーザーインターフェイスを改良し汎用性を高めた.また開発した計算プログラムによる研究結果を「電子線エネルギー損失スペクトルにおける理論計算による解釈」という題目の解説記事を執筆し,2003,No.3に掲載された.