東大,原子膜のひずみ分布をモアレで観測

東京大学は,原子層膜に生じた数pmの局所格子ひずみの分布を,モアレパターンを利用して観測することに成功した(ニュースリリース)。

薄膜内に生じたひずみは電子状態を局所的に変化させるため,触媒反応の活性サイトや結晶成長様式などに影響を及ぼす。そのため,表面での化学的,物理的性質の詳細な理解のためには数pm程度の局所ひずみを調べることが必要となるが,既存の顕微鏡観察ではこのスケールの分解能を得るのが難しかった。

今回,研究グループは,原子分解能でかつ実空間で直接観察可能な走査トンネル顕微鏡を用いて,Cu基板上に成長した三角格子窒化鉄膜に生じた,周期の異なる2つの縞の重なりによって生じる干渉縞であるモアレパターンを観察した。

この干渉縞は,縞の周期のごく微少な変化によっても大きく変化するため,拡大鏡としての役割がある。そこで窒化鉄膜に生じたモアレパターンに着目し,その局所的なずれを評価することで,窒化鉄原子層膜に生じている5pm程度の局所ひずみを検出することに成功した。さらに,この解析を原子層膜の広範囲に行なうことで,窒化鉄膜に生じている2次元的なひずみの分布を明らかにすることにも成功した。

このひずみの分布を用いて,ひずみの大きさと原子層膜中に存在する不純物の位置との関係性を調べました結果,原子層膜の成長時に生じる不純物がひずみの大きいところに存在しやすいということを示した。

近年,2次元物質など数多くの原子層膜についての研究が盛んに行なわれており,モアレパターンが顕微鏡観察によって観測されている。研究グループは,今回のようなモアレパターンを利用した歪み計測の手法は他の原子層膜にも適用でき,局所ひずみに起因した詳細な電子状態変化が観察できることが期待されるとしている。

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