日立股份有限公司（以下簡稱日立）、國立大學法人九州大學、國立研究開發法人理化學研究所（以下簡稱理研）、有限會社HREM與國立研究開發法人產業技術綜合研究所、國立研究開發法人物質・材料研究機構合作，利用日立的原子分解能和全息電子顯微鏡，開發了一種技術，能夠觀察在磁場不均勻的材料（以下簡稱不均勻試料*1）中，如磁性多層膜等結構和成分不均勻的試樣。研究團隊取得了成功，實現了世界上第一個觀察格子面的磁場。
通過提高電子線全息術的精度和拍攝後的自動聚焦技術實現了該成果。這意味着首次實現了對原子層磁場觀察，該技術能夠觀察局部物質之間的界面上原子層級別的磁場，這對於影響材料的物理性能和電子器件特性的不均勻試料，是首次實現觀察。日後，通過磁層的原子級解析度來闡明在原子層級別上發生的磁現象*3，爲基礎科學的發展做出貢獻，併爲實現碳中和社會，開發用於電氣化的高性能電磁體和高功能材料以及用於減少日常生活中總耗電量的節能裝置做出貢獻。
值得一提的是，該研究成果已於2024年7月4日（星期四）午夜0點（日本時間）在國際學術雜誌“Nature”上線發佈*4。
研究背景
電子器件和電機在智能手機、計算機、汽車、鐵路、發電廠等各種應用中使用，支撐着我們的日常生活。這些功能和性能的大部分與原子排列和電子行爲有關，因此需要觀察物質的原子級超高分辨率以發掘新的功能和進一步改善性能的技術。迄今爲止，日立已經從1966年開始發展全息電子顯微鏡以直接觀察微小區域的電場和磁場，並且通過“最先進的研究開發支援計劃（FIRST）”的贊助，於2014年開發出了原子分解能和全息電子顯微鏡（圖2）。 2017年，他們與理研共同取得了1納米*5以下的分辨率，以實現對原子層數目的磁場觀察*6。 然而，進一步提高分辨率的挑戰在於提高顯微鏡的精度以及在拍攝時產生的微小焦點偏差的校正。
因此，該聯合研究小組解決了這些問題，並開發了一種技術，使得難以觀察的不均勻試樣，如磁性多層膜等，在格子面層次上的磁場觀察成爲可能。
開發技術的特點
- 實現電子全息術的精度提高和大量圖像自動採集技術
通過增加圖像數據的獲取量，電子線全息術的精度可以得到提高。基於我們在2017年開發的能夠高精度地將電場和磁場信息分離的技術，我們開發了在保持超高分辨率的情況下，可以在大約8.5小時內自動獲取一萬張圖片以上的技術，主要是通過顯微鏡中數據的自動控制、調整和加速拍攝來實現的。 - 數字収差補正技術，可以自動糾正微小的焦點偏差。
爲了獲得高分辨率，需要一種技術來校正殘留在採集數據中的微小焦點偏差。雖然1948年丹尼斯·加波爾發明電子線全息術時就提出了在採集之後對焦點進行校正的想法，且該方法在理論上已經被確立，但至今還沒有自動校正技術。此次我們採取了一個新方法，通過分析從改變焦點得到的電子波來校正焦點，將其應用於電子線全息術，並通過開發一種降低實驗數據中噪音影響的獨特算法，成功地實現了自動校正。
應用此項技術於原子分辨率、全息電子顯微鏡中，我們觀察了一種具有不同大小和方向的磁場的磁性體(Ba2FeMoO6晶體)，並與模擬結果進行了比較研究。結果表明，我們可以在世界最高分辨率0.47nm下觀察物質內部晶格面各自的磁場，這種手法是觀察不均勻樣品的最佳選擇。
通過此項成果，我們能夠詳細觀察設備和材料中的界面結構和磁場關係，因此預計有助於實現未來的碳中和社會，進一步加速高性能材料和節能設備的開發。此外，通過文部科學省的先進研究基礎設施共用促進事業的支持，並結合材料物理學、表面科學、材料工程等各個領域的研究人員，將各項技術嫁接和交叉研究，共同推進科學和技術的發展。
這一成果是一種新的電子顯微鏡技術，可以在晶格面水平上直接觀察磁場，對物質科學的發展做出了貢獻。我們相信，通過利用這一技術，我們將能夠拓展我們對革新性原理建設和設備開發的認識和理解。
本研究是一種新的電子顯微鏡技術，可以在晶格面水平上直接觀察磁場，對物質科學的發展做出了貢獻。我們相信，通過利用這一技術，我們將能夠拓展我們對革新性原理建設和設備開發的認識和理解。
這項研究得到了最先進研究開發支持計劃的贊助，通過獨立行政法人日本學術振興會（理事長：杉野強）及國立研究開發法人科學技術振興機構（理事長：橋本和仁）推進的戰略性創造研究促進計劃 CREST 的研究小組*9的支持（研究總括：東京大學學士新領域創造科學研究科特任教授，KeikoJukura小組主任）。
日立設備的原子分辨率和全息電子顯微鏡介紹。
- 概要簡介。
- 介紹視頻。
- 2015年2月18日，日立發表了以下新聞稿：“（已開發並實現全息電子顯微鏡的原子分辨率，最高的分辨率爲43皮米”）
日立正在推進社會創新事業，通過數據和技術爲實現可持續發展的社會發揮作用。我們通過IT、OT（控制和操作技術）和產品的Lumada解決方案幫助客戶解決各種問題，從而加速數字化、節能和創新，並與客戶共同增長。我們將數字化、環保和創新作爲推動力，並通過與客戶的合作實現增長。在這個三個領域的業務結構下，到2023財年（2024年3月），銷售收益預計將達到8.56萬億日元。在2024年3月的末尾，持有聯營子公司的日立的全球員工人數約爲27萬人。
關於日立製作所
日立正在推進基於數據和科技的社會創新事業，實現可持續社會。公司分爲三個板塊："數字系統和服務" 爲客戶的DX提供支持；"綠色能源和移動性" 爲能源和鐵路業做出減碳環保貢獻；"連接產業" 在廣泛的行業中，通過Lumada解決客戶和社會的問題。我們以數字、綠色和創新爲驅動力，在與客戶的合作中追求成長。到2023年度（2024年3月期），三板塊的銷售收入爲8.5643萬億日元，到2024年3月末，公司已擁有573個子公司，在全球擁有約27萬名員工。
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