コア測定技術について

測定できる試料

単結晶およびその中のドーパント [1,2]

エピタキシャル膜およびその中のドーパント

混晶・不均質系[3,4]

必要な試料サイズ:     500μm以上

試料に要求される条件

X線蛍光を発する元素が測定対象

測定可能な最低濃度:  0.05at%

測定時間:                3日 (SPring-8で9シフト)

原子分解能:             0.5Å程度 (原子像幅)

得られる情報         

標的元素(不純物等)を中心に、半径20Å以内の立体原子配列。ドーパント周辺局所歪み、相転移前駆歪み、原子位置のゆらぎ(混晶など)

注意点:                   大型施設利用の事前申請が必要。(SPring-8は半年毎の募集)

詳細は　計画研究05　蛍光X線ホログラフィー　のメンバーまでお問い合わせください。

[1]ドーパント：Extent and feature of lattice distortions around Ga impurity atoms in InSb single crystal, S. Hosokawa et al., Physical Review B 87, 094104 (2013).
[2] 相転移：Phase transition in Ti50Ni44Fe6 studied by x-ray fluorescence holography, W. Hu et al., Physical Review B, 80 (2009) 060202(R).
[3] 混晶・不均質系：Reconciling the Pauling bond length picture and Vegard's law in a mixed crystal: An x-ray fluorescence holographic study, S.  Hosokawa, et al., Physical Review B 80, (2009) 134123.
[4] Acute and obtuse rhombohedrons in the local structures of relaxor ferroelectric Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃, Wen Hu, et al, Physical Review B 89, 140103(R) (2014).

光電子ホログラフィー (SPring-8 を利用)

電気伝導が必要(高抵抗でも構わない)

真空中に入れられるもの
清浄な表面 (劈開や加熱処理などが必要)

表面から約10Å程度の深さまでが観測できる。
標的元素(不純物、吸着子、界面原子等)を中心に、半径10Å以内の立体原子配列

標的元素のXAFS(X線吸収測定)と立体構造の同時測定 (化学状態によって構造それぞれ分離した測定や、原子層単位のXAFSなど)

注意点:                   大型施設利用の事前申請が必要。(SPring-8は半年毎の募集)

詳細は　計画研究06　光電子ホログラフィー　のメンバーまでお問い合わせください。    

CTR散乱測定法 (SPring-8/KEK-PFを利用)

測定できる試料

SiやAuなどの他，ペロブスカイト酸化物超薄膜[1],トポロジカル絶縁体[2],有機半導体[3]等に実績

必要な試料サイズ:         2mm角

試料に要求される条件

AFMでステップが見える程度の平滑性をもつ単結晶である事

測定時間

2〜3日(SPring-8 BL13XUを推奨(6〜9シフト相当))
3〜4日(KEK-PF BL-3A, 4Cを推奨)

原子分解能:             0.1Å以上

得られる情報

表面から深さ方向に、電子密度プロファイルが得られる。深さ分解構造解析が可能。

ペロブスカイトで、10セル分(〜4nm)の深さまで解析できる。

面内方向については周期性を持つ構造が必要。面内の平均構造を見るので，全体像がわかる反面，微量の吸着物などは見えない。断面TEMと異なり，切断しない非破壊検査である。X線の透過力により，固液界面の測定も可能。

注意点:                   大型施設利用の事前申請が必要。(SPring-8は半年毎の募集)

詳細は　計画研究07　表面・界面ホログラフィー　のメンバーまでお問い合わせください。    

[1] R.Yamamoto,Y.Wakabayashi他 Phys. Rev. Lett. 107 036104 (2011).

[2] T. Shirasawa, T. Takahashi,他 Phys. Rev. B 87 075449 (2013).

[3] Y.Wakabayashi 他， Phys. Rev. Lett. 104, 066103 (2010).

回折イメージング(電子顕微鏡ベースの技術)

加速電圧に応じた電子の透過性を有する、結晶性および非結晶性ナノマテリアル

グラフェン、ナノチューブなどの炭素関連物質

グラフェン上の原子・分子・高分子

 半導体中のドーパント、電磁場など

必要な試料サイズ：

数十~数百nm以下（3mmグリッド上）

試料に要求される条件：

透過型電子顕微鏡で観測するのと同等な条件

測定時間：          

1〜2分（試料調整などは約１日)

原子分解能：

1Å程度

得られる情報：

原子配列、原子の同定、電磁場の分布

詳細は　計画研究08　ナノ構造体イメージング　のメンバーまでお問い合わせください。

[1]S. Hattanda, H. Shioya, Y. Maehara, and K. Gohara: K-means clustering for support construction in diffractive imaging, J. Opt. Soc. Am. A, 31(3), 470, 2014.
[2]O. Kamimura, Y. Maehara, T. Dobashi, K. Kobayashi, R. Kitaura, H. Shinohara, H. Shioya, and K. Gohara: Low-voltage electron diffractive imaging of atomic structure in single-wall carbon nanotubes , Appl. Phys. Lett., 98(17), 174103, 2011.
[3]K. Kawahara, K. Gohara, Y. Maehara, T. Dobashi, and O. Kamimura: Beam-divergence deconvolution for diffractive imaging, Phys. Rev. B, 81(8),081404(R), 2010.