원자 분해능 홀로그램 전자 현미경을 사용한 Hitachi 및 Riken
세계 최고 해상도 0.67Nm에서 성공적으로 관찰 된 자기장

차세대 고성능 재료의 연구 및 개발 가속화

 브라보카지노, Ltd. (임원 및 CEO : Higashihara Toshiaki / Heallyinafter, Hitachi) 및 Riken National Research and Development Institute (Matsumoto Hiroshi / Heageinafter, Riken)는 원자력 해결 및 홀리 그래픽 전기 마이크로 코스를 사용하여 관찰 정확도를 향상시키기위한 Hitachi의 기술을 개발하고 재료에 대해 작동하고 있습니다 (MANGTILANERERS).*1) 내부 자기장 분포는 0.67nm*2(그림 1). 이 기술은 자석, 전자기 강철 시트 및 자기 박막과 같은 고도로 기능성 재료의 특성과 크게 관련이있는 재료 간 경계에서 생성 된 자기장의 방향과 강도의 여러 원자 수준에서 관찰 할 수 있습니다. 미래에 Hitachi와 Riken은 고성능 자석 및 고온 초전도 재료와 같은 고성능 재료를 개발하고 원자 수준에서 매우 작은 영역에서 발생하는 자기 현상의 설명을 통해 기초 과학의 발달에 기여할 것입니다.

  전자 장치, 배터리 및 모터와 같은 구성 요소의 성능을 향상으려면 고성능 재료의 추가 개발이 필요합니다. 예를 들어, 자기 재료의 성능은 여러 요소의 조합에 의해 생성 된 자기장 특성과 밀접한 관련이 있으며, 최근 몇 년 동안 재료 경계에서 원자 수준의 자기장이 고유 한 동작을 생성한다는 점에 관심을 끌고 있으므로 기술이 매우 높은 원자 수준의 해상도에서 물질 내부의 자기장을 관찰해야합니다. 지금까지 Hitachi는 1966 년부터 소규모 지역에서 전기 및 자기장을 직접 관찰 할 수있는 장치로 1966 년부터 홀로그램 전자 현미경을 개발해 왔으며, 2014 년에는 "첫 번째 고급 연구 및 개발 지원 프로그램 (첫 번째)의 보조금으로 원자 해상도 홀로그램 전자 현미경을 개발했습니다 (그림 2). 그러나, 원자 분해능/홀로그램 전자 현미경에서, 전기 및 자기장은 혼합물에서 관찰된다. 따라서 과거에는 자기장 만 관찰 할 때 전기장 정보 만 분리하기 위해 관찰 될 재료가 180 도만 역전되거나 재료의 온도가 높아지는 기술을 사용해야하며,이 효과로 인해 관찰 결과의 해상도가 크게 감소한다는 것입니다.

  따라서 이번에는 Hitachi와 Riken은 원자 분해능 홀로그램 전자 현미경을 사용하여 고해상도 자기장 관찰을 달성하기 위해 전기장 정보를 정확하게 분리하는 기술을 개발했습니다. 기술의 기능은 다음과 같습니다.

1. 재료의 자기장을 반전시켜 전기장 정보를 제거하는 펄스 자화 반전을 사용하는 기술

재료가 다른 극성을 갖는 고강도 펄스 자기장*3재료의 자화 방향 (N 및 S 극의 방향) 만 반전합니다. 이를 통해 자화 반전 전후의 관측 결과의 차이에서 전기장 정보 만 고정화 할 수 있습니다.

2. 펄스 자기장의 효과 수정 기술

  상기 방법을 사용하여 고강도 펄스 자기장을 적용하면 전자 현미경 상태가 변하고 전자 빔 궤적이 변경되며 시야 및 초점이 벗어날 것입니다. 따라서, 우리는 고강도 펄스 자기장의 영향을 고려하여 관찰 조건을 자동으로 수정하는 기술을 개발했습니다. 이를 통해 지속적인 고해상도, 저음 관찰이 가능합니다.

  이번에는이 기술을 원자 해상도 홀로그램 전자 현미경에 적용하고 자기 다층 필름을 관찰했으며, 재료 내부의 자기장 분포는 0.67nm의 해상도로 매우 정확하다는 것을 발견했습니다.*4를 관찰 할 수있었습니다.

  미래에 Hitachi와 Riken 은이 기술을 활용하여 지속 가능한 사회를 지원할 새로운 재료를 개발하는 것을 목표로 할 것입니다. 또한 교육, 문화, 스포츠, 과학 및 기술의 고급 연구 인프라 공유 프로모션 프로젝트 (공유 플랫폼 형성 지원 프로그램)의 지원을 통해이 장치를 공동으로 사용하고 과학 기술 개발에 기여할 것입니다.
  이 결과는 British Scientific Journal Scientific Reports의 온라인 판 (2017 년 12 월 5 일 : 일본 12 월 5 일)에 출판되었습니다.*5.

   또한,이 개발은 과학 홍보를위한 일본 학회 (Chairman of Science of Science) (회장 : Anzai Yuichiro)를 통한 최첨단 연구 및 개발 지원 프로그램과 "측정 기술 및 고급 정보 처리의 융합을 통한 지적 측정 및 분석 방법의 개발 및 적용"(Research : Amemiya Yoshiyuki, Principation of New Arduate Science, New Arcocal Science, the New Arcoate Science, the New Arcome Science, Amemiya Yoshiyuki)에 의해 지원되었습니다. 연구원 : Kyushu University 공학 대학원 교수 인 Murakami Kyokazu (연구 기간 : 2016-2011).

Hitachi의 원자 분해능 홀로그램 전자 현미경 소개

*1

관찰 될 재료가 관찰 된 바와 같이, 다른 두께의 다수의 Cofeb (코발트, 철 및 붕소의 합금)가 비수성 TA (tantalum) 필름 사이에 샌드위치 된 자기 다층 필름이 사용되었다.

*2

nm (나노 미터) : 1nm은 1/1 억입니다.

*3

고강도 펄스 자기장 : 수백 마이크로 초의 짧은 기간 동안 존재하는 강한 자기장.

*4

자기장의 관찰 정확도와 같이 45nm 두께의 영역에 존재하는 0.06T에 해당하는 정확도. 전자 파장의 1/3000이며, Riken의 종래의 자기장 관찰 방법을 사용하여 얻은 최고 정확도 (1/200 파장 수준)의 15 배에 해당합니다.

*5

Toshiaki Tanigaki, Tetsuya Akashi, Akira Sugawara, Katsuya Miura, Jun Hayakawa, Kodai Niitsu, Takeshi Sato, Xiuzhen Yu, Yasuhide Tomioka, Ken Harada, Youghura, and on and and and on and and and ken harada. Hiroyuki Shinada "Electron Holography에 의해 0.67nm 해상도를 가진 Cofeb/TA 층의 자기장 관찰", Scientific Reports, 2017, doi : 10.1038/s41598-017-16519-7

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