Development of atomic-resolution magnetic field imaging electron microscopy and its application to interface characterization in magnetic materials

原子分辨率磁场成像电子显微镜的发展及其在磁性材料界面表征中的应用

• 批准号: 20H05659
• 负责人: 柴田 直哉
• 金额: $ 123.39万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-08-31 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H05659/
• 关键词: 走査型透過電子顕微鏡; 電磁場; 界面; 磁性材料; 鉄鋼材料

本年度は、以下の研究成果を得た。①昨年度導入したTEM収差補正器を利用して、磁場フリー条件下でのローレンツ電子顕微鏡観察を可能にする光学系を構築した。その結果、磁場フリー条件において、磁性ダイナミクス観察が可能になった。また、ローレンツ電子顕微鏡観察中に外部から磁場を印加する機能も実装した。次に、磁場フリーローレンツ電子顕微鏡法を用いて、磁気スキルミオン形成のその場観察を実施した。その結果、無磁場条件ではらせん磁性構造が安定に形成されるが、垂直磁場を徐々に印加することで磁気スキルミオンが一気に生成し、強い磁場を印加すると消滅することを動的に観察することに成功した。また、逆向きの垂直磁場を印加するとスキルミオンの磁場が反転することも実験的に観察した。②磁場フリー電子顕微鏡におけるDPC STEM法を用いて、NdFeB磁石中の磁壁幅の精密計測に成功した。その結果、Nd組成が高い領域とNdがLaで置換された領域とで磁壁幅に明瞭な変化が生じることを直接観察から明らかにした。本結果は、磁壁幅の精密計測から局所磁気パラメーターの抽出が可能であることを示唆するものである。③バイクリスタルを用いた電磁鋼板の粒界原子構造解析を行い、これまでの粒界では報告の無い特異な粒界コア構造の形成を示唆する結果を得た。

今年，我们取得了以下研究成果。 ①利用去年推出的TEM像差校正器，构建了能够在无磁场条件下进行洛伦兹电子显微镜观察的光学系统。因此，在无磁场条件下观察磁动力学成为可能。我们还实现了在使用洛伦兹电子显微镜观察时施加外部磁场的功能。接下来，我们使用无磁场洛伦兹电子显微镜对磁性斯格明子的形成进行了原位观察。结果，在没有磁场的情况下稳定地形成螺旋磁结构，但通过逐渐施加垂直磁场，磁性斯格明子立即​​产生，并且在连续施加强磁场时动态观察到磁性斯格明子消失。 。他们还通过实验观察到，当施加相反方向的垂直磁场时，斯格明子的磁场会反转。 ② 利用无磁场电子显微镜中的DPC STEM方法，成功精确测量了NdFeB磁体的磁畴壁宽度。结果，直接观察表明，在具有高Nd组成的区域和Nd被La取代的区域之间，磁畴壁宽度存在明显的变化。这一结果表明，可以从磁畴壁宽度的精确测量中提取局部磁参数。 ③ 我们利用双晶分析了电工钢板的晶界原子结构，得到的结果表明形成了以前在晶界中未报道过的独特晶界核心结构。

项目成果

Direct Observation of Atomistic Reaction Process between Pt Nanoparticles and TiO2 (110)

直接观察 Pt 纳米颗粒与 TiO2 之间的原子反应过程 (110)

• DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c00929
• 发表时间: 2022
• 期刊: Nano Letters
• 影响因子: 10.8
• 作者: Ding Yu;Kumagai Yu;Oba Fumiyasu;Burton Lee A.;笹原 悠輝;李 裕程;R. Ishikawa Y. Ueno Y. Ikuhara N. Shibata
• 通讯作者: R. Ishikawa Y. Ueno Y. Ikuhara N. Shibata

The Observation of Local Electric Fields in GaN/AlGaN/InGaN Multi-heterostructures by Differential Phase Contrast STEM

微分相衬 STEM 观察 GaN/AlGaN/InGaN 多重异质结构中的局域电场

• DOI: 10.1541/ieejeiss.142.367
• 发表时间: 2022
• 期刊: IEEJ Transactions on Electronics, Information and Systems
• 作者: 遠山 慧子;関 岳人;蟹谷 裕也;冨谷 茂隆;幾原 雄一 ，柴田 直哉
• 通讯作者: 幾原 雄一 ，柴田 直哉

Atomistic Segregation Behaviors of Ti in Al2O3 Grain Boundaries

Ti在Al2O3晶界中的原子偏析行为

• 发表时间: 2022
• 作者: Chuchu Yang;Bin Feng;Naoya Shibata,Yuichi Ikuhara
• 通讯作者: Naoya Shibata,Yuichi Ikuhara

DPC STEMによる強磁性準結晶の局所磁区構造観察

使用 DPC STEM 观察铁磁准晶的局部磁畴结构

• 发表时间: 2022
• 作者: Morimune-Moriya Seira;Obara Keiya;Fuseya Marika;Katanosaka Masashi;岩田健史，関岳人，石川明日香，田村隆治，幾原雄一，柴田直哉
• 通讯作者: 岩田健史，関岳人，石川明日香，田村隆治，幾原雄一，柴田直哉

フッ化物イオン電池用正極材料LaCu5の充放電特性およびフッ化・脱フッ化機構

氟离子电池正极材料LaCu5充放电特性及氟化/脱氟机理

• 发表时间: 2022
• 作者: H. Sato*;A. Yamagishi;M. Shimizu;K. Watanabe;J. Koshoubu;J. Yoshida;I. Kawamura;柴田曉伸;佐々野 駿 石川 亮 川原，一晃 柴田 直哉 幾原 雄一
• 通讯作者: 佐々野 駿 石川 亮 川原，一晃 柴田 直哉 幾原 雄一