九大など、動作中の誘電体の原子位置を0.01nmの精度での直接観察に成功

九州大学(九大)は、電子顕微鏡を用いて動作中の誘電体内部における原子の位置を0.01nmの精度で直接観察することに成功したと発表した。

同成果は、九州大学大学院工学研究院材料工学部門の佐藤幸生 准教授と同金子賢治 教授およびメルビルの權堂貴志 博士らによるもの。詳細は、米国科学誌「Applied Physics Letters」(オンライン版)に掲載された。

(左)1cmあたり570Vの電圧(左側が+、右側が-)を加えた状態で観察された誘電体の電子顕微鏡像、(右)電子顕微鏡像における原子位置の誤差を評価した結果の一例 (出所:九州大学)

誘電体と呼ばれる材料は電気を蓄える性質があり、携帯電話やパーソナルコンピュータなど身の回りのさまざまな製品に多数用いられている。そのため、研究開発が進められているが、その材料開発においては動作時すなわち材料に電圧を加えた状態における内部の構造を正確に把握する必要がある。その際、動作中の誘電体内部の構造を解析する方法として「電圧印加その場電子顕微鏡法」があるが、従来は良くても0.1nm程度の構造までしか解析されていなかった。

今回の研究では、電子顕微鏡観察用の試料ホルダーを製作するなどして電圧印加その場電子顕微鏡法の高精度化を進め、動作中すなわち電圧を加えた状態での誘電体内における原子位置を0.01nmの精度で直接観察することに成功した。

同研究グループは、この手法を用いることで、誘電体内で電気を蓄えられる様子が原子レベルで直接観察されるだけでなく、電池材料やエネルギー関連材料などにも適用可能であるため、そうした材料の動作メカニズムの解明につながることも期待されると説明している。



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