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，我们获得了以下研究结果：1）使用去年引入的温度畸变校正器，构建了一个光学系统，该系统可以在无磁场条件下通过Lorentz Electron显微镜进行观察。结果，可以在无磁场条件下观察到磁化动力学。此外，已经实施了在观察洛伦兹电子显微镜期间从外部施加磁场的功能。然后，使用磁场的无磁场洛伦兹电子显微镜进行磁性硅晶体形成的原位观察。结果，在无磁场条件下稳定形成了螺旋磁结构，但是我们成功地通过逐渐施加垂直磁场来动态地观察到磁性silmion立即产生，并在应用强磁场时消失。我们还通过实验观察到，当应用垂直磁场时，Silmion的磁场被逆转。 2）使用无磁场电子显微镜中的DPC茎方法，NDFEB磁体中域壁宽度的精确测量成功。结果，直接观察表明，域壁宽度的明显变化发生在高ND组成的区域与ND被LA替换的区域之间发生。结果表明，可以从域壁宽度的精确测量中提取局部磁参数。 ③我们使用摩托车晶体对电磁钢板的晶界原子结构进行了分析，并发现结果表明形成了独特的晶界核心结构，这在先前的晶界尚未报道。

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

STEMによるNd-Fe-B系熱間加工磁石の磁区構造・微細組織の直接観察

利用STEM直接观察Nd-Fe-B热加工磁体的磁畴结构和微观结构

• 发表时间: 2020
• 作者: 村上 善樹;関 岳人;木下;昭人;庄司 哲也;幾原 雄一;柴田 直哉
• 通讯作者: 柴田 直哉

STEMその場機械試験法に伴う原子歪変化の直接観察

直接观察与STEM原位力学测试方法相关的原子应变变化

• 发表时间: 2023
• 作者: 曹 旻鑒;栃木栄太;佐藤隆昭;柴田直哉;幾原雄一
• 通讯作者: 幾原雄一

微分位相コントラストSTEM法による材料局所電磁場観察

使用微分相衬 STEM 方法观察材料中的局域电磁场

• 发表时间: 2020
• 作者: Tadashi Watabe;Kazuya Kabayama;Kazuko Kaneda-Nakashima;Yoshifumi Shirakami;Yuichiro Kadonaga;Kazuhiro Ooe;Yang Wang;Hiromitsu Haba;Atsushi Toyoshima;Jens Cardinale2);Frederik L. Giesel;Takashi Nakano;Noriyuki Tomiyama;Koichi Fukase;柴田直哉
• 通讯作者: 柴田直哉