发布时间：2024-08-21 15:04:09 栏目：精选知识
支由日立制作所 (TSE 6501, Hitachi)、九州大学、理化学研究所和 HREM Research Inc. (HREM) 的科学家组成的日本研究团队在观测难以想象的微小磁场方面取得了重大突破。该团队与日本国家先进工业科学技术研究所 (AIST) 和日本国家材料科学研究所 (NIMS) 合作，利用日立的原子分辨率全息电子显微镜(采用新开发的图像采集技术和散焦校正算法)可视化了晶体固体中各个原子层的磁场。
通过开发和采用具有定制特性的高性能材料，电子设备、催化、运输和能源生产领域取得了许多进步。原子排列和电子行为是决定晶体材料性质的最关键因素之一。值得注意的是，不同材料或原子层界面处磁场的方向和强度尤为重要，通常有助于解释许多奇特的物理现象。在此突破之前，可以观察到原子层磁场的最大分辨率限制在 0.67 纳米左右，这是日立公司在 2017 年使用其尖端全息电子显微镜创下的纪录。
现在，得益于一项大型合作项目，研究人员通过解决日立全息电子显微镜的一些关键限制，成功进一步突破了这一极限。他们的研究成果已于2024 年 7 月 3 日发表在《自然》杂志上。
研究人员首先开发了一种系统，可以在数据采集过程中自动控制和调整设备，从而大大加快了成像过程，在 8.5 小时内可以拍摄 10,000 张图像。然后，通过对这些图像进行特定的平均操作，他们最大限度地降低了噪声，从而获得了包含不同电场和磁场数据的更清晰的图像。
接下来要解决的挑战是校正微小的散焦，散焦会导致所获取的图像出现像差。“我们采用的图像捕获后像差校正的想法与促使丹尼斯·加博尔博士于 1948 年发明电子全息术的想法完全相同。换句话说，这种方法在理论上已经确立。然而，到目前为止，还没有在离轴电子全息术中实现这种自动校正的技术实现， ”日立公司首席研究员谷垣俊明解释说。所实施的技术能够通过分析重建的电子波来校正由于微小焦点偏移而导致的散焦。由于采用了这种方法，生成的图像没有残留像差，使得原子的位置和相位可以通过磁场轻松辨别。
利用这两项创新，该团队对 Ba 2 FeMoO 6样品进行了电子全息测量，Ba 2 FeMoO 6是一种层状晶体材料，其中相邻的原子层具有不同的磁场。在将实验结果与模拟结果进行比较后，他们确认他们超越了之前创下的记录，能够以前所未有的 0.47 纳米的分辨率观察 Ba 2 FeMoO 6的磁场。“这一结果为直接观察许多材料和器件中特定区域(例如界面和晶界)的磁晶格打开了大门，”谷垣兴奋地评论道。“我们的研究标志着研究许多隐藏现象的第一步，这些现象的存在可以通过磁性材料中的电子自旋结构揭示出来。 ”
该团队希望他们的非凡成果能够帮助解决许多科学和技术挑战。“我们的原子分辨率全息电子显微镜将被各方使用，为从基础物理到下一代设备等广泛领域的进步做出贡献。最终，这将通过开发高性能磁铁和高功能材料为实现碳中和社会铺平道路，这些材料对于脱碳和节能工作至关重要，”谷垣展望未来，富有洞察力地总结道。
只有时间才能告诉我们，通过改进的电子全息显微镜收集到的见解，究竟有哪些令人兴奋的发现和技术飞跃等待着我们，所以请继续关注!
免责声明：本文由用户上传，如有侵权请联系删除！
