微分位相コントラスト法を用いた二次元ヘテロ構造の電場マッピング

Gatan社使用装置

The K3^® ISカメラは、リアルタイムの電子カウンティング処理による低電子線照射量観察、高速連続データ取得機能、広視野観察のすべてを実現しています。4D STEM実験においてSTEMx^® システムはeaSIテクノロジーを活用し、検出器のフレームレートを走査電子プローブと正確に同期させることで、DigitalMicrograph®ソフトウェアでの高スループットの4D走査透過像観察(STEM)データの取得と処理を実現しています。

研究の背景

二次元(2D)ヘテロ構造は、次世代のオプトエレクトロニクスの構造と量子情報科学において様々な特性を実現する材料として開発が進められてきました。これらのヘテロ構造には、グラフェン、ボロンナイトライド(h-BN)、ダイカルコゲナイドといった様々な二次元材料があります。そしてこれらの性能と機能は、様々な二次元界面あるいは接触界面における電荷移動のダイナミクスに大きく依存します。
 

単なる構造情報だけではなく、4D STEMを用いることでCBED図形の強度変動を測定し短周期と長周期の静電場と電荷の分布を捉えることが可能です。得られた微分位相コントラスト像は、各ビーム位置における電場による入射電子ビームの偏向量を測定することで、試料の静電場と入射電子線との間の相互作用による運動量の伝達を示しています。高速取得が可能なカメラを用いることで、試料に外部バイアスを受けた際にどのように静電プロファイルが変化するかを測定するためのダイナミックな実験方法にこの手法を適用することが出来ます。