【公開日：2023.08.01】【最終更新日：2023.05.21】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22NU0041
利用課題名 / Title
STEM-EELSによる鉱物の水素イオン照射損傷過程の解明
利用した実施機関 / Support Institute
名古屋大学
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
鉱物材料, 石英・ガラス系材料,電子顕微鏡/Electron microscopy,電子回折/Electron diffraction,電子分光
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
伊神 洋平
所属名 / Affiliation
京都大学
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
武藤俊介,大塚真弘
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）,共同研究/Joint Research
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
NU-102：高分解能電子状態計測走査透過型電子顕微鏡システム
NU-106：試料作製装置群
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
月や小惑星の表層で太陽からの水素イオン照射を受けた鉱物粒子が示す表面数十nm厚の損傷組織について理解を深めるため、実験的に水素イオンを照射した鉱物試料に対して電子線エネルギー損失分光(EELS)分析を活用し、ナノオーダーでの局所構造・電子状態変化の解析を行った。
実験 / Experimental
試料には、エンスタタイト（MgSiO3）の単結晶を用いた。
エンスタタイトは、SiO4 四面体の頂点共有によりc軸方向に伸長した鎖状構造と、それらの間でOを八面体配位するMgにより構成される。エンスタタイト単結晶基板にイオン照射装置を用いて40keV H2 + を照射した後、照射表面を含む断面薄膜を作成し、収差補正電子顕微鏡JEM-ARM200Fを用いてSTEM-EELS分析を実施した。
MgL2,3, SiL2,3,およびO K-edge領域のスペクトラムイメージングデータを取得した。
結果と考察 / Results and Discussion
電子回折図形からはピーク損傷が予想される深さ領域においても有意な非晶質化は認められず、またMgL2,3 -edgeのスペクトル形状にも顕著な変化は見いだされなかった。
一方で、SiL2,3 -edgeのスペクトルではピークがわずかに高エネルギー側にシフトするような変化を示した。
これは近似的に非晶質SiO2 のスペクトルにより説明可能なものであり、エンスタタイトの骨格を形作るSiO4 四面体鎖状重合構造に変化が生じて三次元ネットワーク微小クラスタが形成された可能性が示唆される。一方でO K-edgeは立ち上がりが低エネルギー側にシフトするような変化が見られた。これは上記のような非晶質SiO2 的な構造とは一致せず、注入されたHとOとの相互作用による結果である可能性が考えられる。ただし、特にO K-edgeスペクトル変化については薄膜試料表面の吸着・汚染が影響している可能性もあり、それを完全に否定するには至っていない。
今後は上記問題を解決するため低加速電圧Ar+ による追加クリーニングを実施してより信頼性高い解析を進める予定である。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図1 直方エンスタタイト (MgSiO3)の結晶構造
図２ Si L2,3-edge領域のSTEM-EELS結果。(a)HAADF-STEM像。(b)BF-TEM像。(c–f) (a)に示す領域から取得したSTEM-EELSイメージングデータの二成分への分解結果。(c)該当部分のHAADF-STEM像。(d,e)各成分の空間分布。(f)それぞれに対応するスペクトル。
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件