原子の振動である格子振動を波として計測する新手法開発―従来より2桁以上高い空間分解能で計測可能に：産業技術総合研究所ほか
(2019年8月13日発表)
（国）産業技術総合研究所と日本電子（株）の研究グループは8月13日、物質の最も基本的な性質の一つである原子の振動、いわゆる「格子振動」を波として計測する手法を開発し、１原子の厚みしかないグラフェン1枚の格子振動を計測することに成功したと発表した。
この新手法を用いると、熱伝導や電気伝導、光学的特性などの性質に深くかかわっている格子振動を、従来より２桁以上高い空間分解能で詳細に調べることができるため、熱電素子や光電子デバイス、超伝導体などの研究開発の進展が期待されるという。
開発したのは、原子核と電子の位置が原子の振動によってわずかにずれることを利用して、格子振動のエネルギーと運動量を計測する技術。世界最高レベルのエネルギー分解能をもつ低加速電子顕微鏡用の電子ビーム単色化装置を開発、また、世界最高レベルの空間分解能とエネルギー分解能を両立させる電子光学系を設計し、実現した。
これまでは、エックス線や中性子線を使った分光法で格子振動を計測していたが、計測できるのは数µm (マイクロメートル、1µmは100万分の1m )から１mm程度の厚みのあるバルク試料に限られ、ナノ材料の格子振動を直接計測することはできなかった。
新手法によると、原理的には全ての材料の格子振動を10nm (ナノメートル、1nmは10億分の1m)の局所領域から計測でき、実験ではグラフェン1枚の格子振動の計測が確認された。
研究グループは今後、開発したこの手法を用いて超伝導など格子振動が影響するさまざまな未解決の物理現象のメカニズム解明を目指すという。また、空間分解能やエネルギー分解能をさらに向上させ、幅広い材料の格子振動と物性の関係を明らかにしたいとしている。
