磁铁的起源为第一次使用电子显微镜直接观察到
柴田教授的共同开发团队(东京大学),JEOL有限公司和莫纳什大学成功地直接观察原子磁场,磁铁的起源(磁力),世界上第一次。使用新开发的Magnetic-field-free观察进行原子水平杆(火星)(1)。这个团队已经成功地观察电场内部原子首次在2012年。然而,由于原子的磁场是极度疲弱与电场相比,该技术观察磁场以来一直未开发的电子显微镜的发展。这是一个划时代的成就,将重写显微镜的历史发展。
电子显微镜的空间分辨率最高目前在所有使用显微镜。然而,为了实现超高分辨率原子可以直接观察到,我们必须观察样本通过把它放在一个极强的透镜磁场。因此,原子的磁性材料观察强烈影响透镜磁场磁铁和钢等多年来是不可能的。对于这个困难的问题,研究小组成功地开发一个镜头,在2019年有一个全新的结构。使用这个新镜头,团队意识到原子的观察磁性材料,不受透镜磁场的影响。团队的下一个目标是观察原子的磁场,这是磁铁的起源(磁力),和他们继续技术发展来实现我们的目标。
这一次,联合开发团队花了的挑战观察铁(Fe)原子的磁场在赤铁矿晶体(α-Fe2O3)通过新开发的高灵敏度高速加载火星探测器,并进一步利用计算机图像处理技术。观察磁场,他们使用了微分相位对比(DPC)方法(2)在原子分辨率,这是一个超高分辨率局部电磁场测量方法使用扫描透射电子显微镜(STEM)(3)由直接柴田教授等。结果表明,铁原子本身是小磁铁(原子磁铁)。结果也澄清了磁性的起源(反铁磁性(4))表现出赤铁矿在原子水平。
从目前的研究结果,观察原子磁场是证明,建立了原子磁场的观测方法。该方法有望成为未来的一种新的测量方法,将各种磁性材料和设备的研究和开发如磁铁、钢、磁设备,磁存储器、磁半导体自旋电子学和拓扑材料。
这项研究是由直Shibata教授的共同开发团队(研究所所长工程创新,工程学院,东京大学)博士Yuji Kohno et al。(JEOL有限公司的专家)与莫纳什大学合作,澳大利亚,在先进的测量和分析系统开发(SENTAN)、日本科学技术振兴机构(JST)。
术语
(1)Magnetic-field-free原子水平杆(火星)
电子显微镜是一种仪器直接观察样品的微观结构,电子束注入样品,和电子束传输和分散的示例是使用磁场透镜放大。目前,可以使用电子显微镜直接观察到原子。在光学显微镜下,空间分辨率是原则上限于大约一微米由于光源(可见光)。另一方面,电子显微镜是一种乐器,超出这个空间分辨率限制利用电子波的性质。因此,可以说,电子显微镜是观察技术,应用量子力学的好处以最直接的方式。Magnetic-field-free原子水平杆(火星)是电子显微镜由目前的2019年联合开发团队,能够测量样品在磁场自由的环境。详情,请参阅以下新闻稿。
“创新型电子显微镜颠覆常识的88年历史”(2019年5月24日)
https://www.jst.go.jp/pr/announce/20190524/index_e.html
(2)微分相位对比(DPC)方法
方法测量电磁场在每个样本点。具体来说,当一个电子束注入样品中,电磁场的力量存在样本内引起轻微的电子束轨迹变化的事件,并通过测量电子束强度的差异中发现分裂的每个位置探测器,可以测量电磁场。由于空间分辨率的方法基本上是由电子探针的大小决定的,观察的电磁场在原子分辨率使用DPC方法原则上是可能的。
(3)扫描透射电子显微镜(STEM)
一个仪器直接观察样品内部的结构。具体地说,一个以电子束扫描样品,和观察是由测量电子传播的强度和分散的样本。目前,我们可以直接观察到原子使用干细胞。
(4)反铁磁性
磁性,相邻原子的自旋相互一致面对反平行的,和材料没有自发磁化强度作为一个整体。
参考:Kohno Y,塞其T Findlay SD Ikuhara Y,柴田n真实空间可视化的反铁磁性物质的固有磁场。自然。2022,602 (7896):234 - 239。doi:10.1038 / s41586 - 021 - 04254 - z
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