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JST・東大・日本電子、新構造のレンズを組み込んだ電子顕微鏡を開発

企業:日本電子
産業:

発表日:2019年5月24日

88年の常識を覆す画期的な電子顕微鏡を開発

~磁石や鉄鋼などの磁性材料の原子が直接見える~

■ポイント

・電子顕微鏡は原理的に強い磁場の中に試料を入れるため、磁石や鉄鋼などはその磁場により構造が壊れてしまうなど、原子構造の観察は困難だった。

・顕微鏡の心臓部に当たるレンズを新たに考案(特許出願済)し、試料にかかる磁場だけをほぼゼロにして電磁鋼板の原子構造の直接観察に成功した。

・電気自動車で使われる永久磁石や電磁鋼板、高密度な磁気記録媒体など優れた磁性材料の研究開発に必要不可欠な先端計測機器となることが期待される。

JST先端計測分析技術・機器開発プログラムにおいて、東京大学大学院工学系研究科附属総合研究機構 柴田直哉 機構長と日本電子株式会社の共同開発チームは、新構造のレンズを組み込んだ画期的な電子顕微鏡(注1)を開発しました(図1)。これまで磁場(注2)のない条件では不可能だった原子の直接観察を世界で初めて実現し、さらに磁気特性を持つ機能性材料(磁性材料)の詳細な原子の観察に成功しました。

電子顕微鏡は、現在用いられている全ての顕微鏡の中で最も高い分解能を持つ顕微鏡です。しかし、高分解能を実現するには原理的に試料を極めて強い磁場の中に入れて観察する必要があり、その磁場の影響を受ける磁性材料の原子観察は困難でした。磁性材料の開発は急速に進歩しており、原子レベルの構造評価が今後の材料開発の鍵を握るため、この最大の難問の解決は長い間世界中で待望されていました。

本開発チームは、電子顕微鏡の心臓部に当たり、磁場を使って像を拡大する対物レンズ(注3)を上下2つに組み合わせた全く新しい構造のレンズを開発しました。上下のレンズ磁場を逆向きに発生させることで、必要な場所では磁場が存在しますが、レンズの間に置いた試料上の磁場だけを打ち消し合ってほぼゼロにできました。変圧器やモーターの鉄芯などで広く使われる代表的な磁性材料の電磁鋼板(注4)は、通常は磁場の影響で変形してしまい観察できませんが、新しい顕微鏡では磁場の影響を受けずに観察でき、さらに高分解能で原子構造を見ることができました。

2017年のノーベル化学賞を受賞したクライオ電子顕微鏡は、「生化学を新しい時代に導いた」とまでいわれるブレークスルーを起こしました。今回開発した新しい電子顕微鏡は、対物レンズが異なるだけで従来の電子顕微鏡と同様の使い方ができることから、ナノテクノロジーの研究開発を格段に進歩させることが期待されます。

本開発はオーストラリアのモナッシュ大学と共同で行われました。本開発成果は、2019年5月24日に英国科学誌「Nature Communications」のオンライン版で公開されます。

本開発成果は、以下の事業・開発課題によって得られました。

・事業名:研究成果展開事業(先端計測分析技術・機器開発プログラム)機器開発タイプ

・開発課題:「原子分解能磁場フリー電子顕微鏡の開発」(JPMJSN14A1)

・チームリーダー:柴田 直哉(東京大学 大学院工学系研究科 附属総合研究機構 機構長・教授)

・サブリーダー:河野 祐二(日本電子株式会社 副主査)

・開発期間:平成26~令和元年度(予定)

・担当開発総括:森田 清三(大阪大学 名誉教授)

※以下は添付リリースを参照

リリース本文中の「関連資料」は、こちらのURLからご覧ください。

添付リリース

https://release.nikkei.co.jp/attach_file/0510199_01.pdf

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