制限視野回折法を用いた電子回折顕微法による分解能の追求と応用への研究

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本研究では、電子回折顕微法を新たな局所構造イメージング法として確立することを目的として、基礎的研究と応用に向けた研究の両方を遂行した。基礎的研究では、電子回折顕微法で得られる分解能の追求および再構成領域の拡大に取り組んだ。これらを実現する上では回折図形を記録する際の電子線量が重要であるため、再構成に必要な電子線量をシミュレーションで検証した。その結果を基に、これまでよりも大きな絞りを使用して結晶シリコンの回折図形を記録した。この回折図形から再構成を行い、再構成領域をこれまでの3倍程度まで拡大することに成功した。さらに[112]方位のダンベル構造を再構成することで、0.078nmの分解能を達成することに成功し、収差補正透過型電子顕微鏡法を超える分解能を実現した。200kV電子線による回折顕微法では原理的に約0.07nmまでの分解能が得られると考えられており、これに匹敵する分解能を達成するとともに電子回折顕微法の優位性を実証した。応用に向けた研究では,多元系結晶および局所構造の再構成に取り組んだ。多元系結晶の再構成では酸化マグネシウムの回折図形を[011]方位から記録し再構成を行った。原子番号に依存したコントラストでマグネシウムと酸素の原子コラムを再構成し、再構成結果からの元素判別に成功した。また酸素の原子コラムをはっきりとしたコントラストで再構成することができ、電子回折顕微法による軽元素検出の可能性を示した。局所構造の再構成では、再構成に必要な電子線量を見積もり、複数の回折図形から再構成する方法が効果的であることをシミュレーションから示した。さらに酸化マグネシウム結晶のエッジ部分の再構成に取り組み初期的な実験結果が得られた。複数の回折図形を用いたこの方法は電子回折顕微法による局所構造のイメージングを確立する上で有望であり、本研究で提示した原子レベル分解能での再構成はその実現可能性を示した重要な結果である。