非局在性

delocalization

[目次：理論(電子の散乱／回折／結像)]

像観察や微小プローブを用いた分析において、局所的な情報が得られない現象を、一般に非局在性と言う。非局在性を示す現象には、1) レンズの収差によるものと、2) 非弾性散乱によるものとがある。 1) 高分解能電子顕微鏡像を観察する場合、点分解能以上の細かい格子縞が対物レンズの収差(主に球面収差)により本来とは異なる位置に観察されることがある。例えば結晶粒界近傍の観察では、結晶粒から格子縞がしみ出したように観察される。これをレンズの収差(結像特性)による非局在性と呼ぶ。 2) 入射電子が原子と直接衝突しなくても近傍を通っただけで非弾性散乱される現象を、非弾性散乱による非局在性と呼ぶ。特に電子エネルギー損失分光法で顕著に現れ、エネルギー損失が小さい散乱ほどより非局在化する。例えば表面プラズモン励起は、入射電子が表面近傍数ナノメーターを通過しただけでも観察される。内殻電子励起においても、エネルギー損失量が小さな場合には原子間距離よりも非局在性が大きくなり、その結果、ある原子間隔より小さなプローブで試料を走査しても、その原子位置が特定できないことが起こる。散乱角の小さな非弾性散乱電子は、弾性散乱電子と同様の格子縞や回折コントラストを示す(コントラストが保存される)。そのような、弾性散乱電子と同様の波動性を示す性質を、非局在性の中でも特にノンローカリティー(nonlocality)と呼ぶ。

"Delocalization" means a phenomenon by which local information cannot be obtained in image observation or EELS using a small probe. This phenomenon is caused by (1) lens aberrations and (2) inelastic scattering. (1) When a high-resolution TEM image is observed, lattice fringes smaller than the point resolution of a TEM sometimes appear at a location different from its true position due to objective-lens aberrations (mainly spherical aberration). For example, when a crystal grain boundary is observed, lattice fringes appear across the boundary. This phenomenon is called the delocalization due to lens aberrations. (2) Incident electrons can be inelastically scattered even when they do not hit the specimen but travel near the edge of a specimen. This phenomenon is called delocalization due to inelastic scattering. This delocalization appears conspicuously in EELS. As an energy loss in inelastic scattering is smaller, delocalization is larger. For instance, surface plasmon excitation can occur even when an electron beam travels a few nm apart from the specimen. In core excitations, delocalization can be larger than the inter-atomic distance when the energy loss is small. As a result, when a specimen is scanned by a probe smaller than an atomic distance, the atom position may not be identified. Electrons inelastically scattered at small scattering angles produce lattice fringes and diffraction contrast similar to elastically scattered electrons (contrast is preserved). Such a behavior (the wave nature of inelastically scattered electrons is similar to that of elastically scattered electrons) is termed "nonlocality."