現在，獲取影像和校正散焦的技術能夠以前所未有的解析度觀測原子尺度的磁場。由日立製作所（TSE 6501，日立）、九州大學、理化學研究所和HREM Research Inc.(TSE 6501, Hitachi)、九州大學、理化學研究所和HREM Research Inc. (HREM) 的科學家組成的研究小組在觀測超小尺度磁場方面取得了重大突破。

借助先進的影像擷取和自動像差校正技術，研究人員成功地測量了Ba2FeMoO6 中的磁場，分辨率達到了0.47 nm，這是一種能夠觀察不均勻樣品的突破性方法。這種高解析度對於觀察材料界面的磁現象至關重要。資料來源：日立公司Toshiaki Tanigaki。

該團隊與日本國立產業技術綜合研究所（AIST）和日本國立材料科學研究所（NIMS）合作，利用日立公司的原子分辨率全像電子顯微鏡以及新開發的圖像採集技術和散焦校正演算法，將晶體固體中單一原子層的磁場可視化。

電子設備、催化、運輸和能源生產領域的許多進步都得益於具有客製化特性的高性能材料的開發和採用。原子排列和電子行為是決定晶體材料特性最關鍵的因素之一。值得注意的是，不同材料或原子層之間界面的磁場方向和強度尤其重要，通常有助於解釋許多奇特的物理現象。在取得這項突破之前，觀察原子層磁場的最大分辨率僅限於0.67 奈米左右，日立公司在2017 年利用其尖端的全像電子顯微鏡創下了這一紀錄。

現在，在一個大型合作計畫的幫助下，研究人員解決了日立全像電子顯微鏡的幾個關鍵限制，成功地進一步突破了這個極限。他們的研究成果發表在《自然》雜誌。

研究人員首先開發了一套系統，用於在資料擷取過程中自動控制和調整設備，從而大大加快了成像過程，在8.5 小時內拍攝了10,000 張影像。然後，透過對這些影像進行特定的平均運算，他們將雜訊降到了最低，從而獲得了包含不同電場和磁場資料的更清晰的影像。

接下來要解決的難題是校正微小的散焦，因為散焦會導致所擷取的影像出現像差。

“我們採用的圖像捕捉後校正像差的方法與丹尼斯-加博爾博士在1948 年發明電子全息技術時所採用的方法如出一轍。換句話說，這種方法在理論上已經確立。”日立公司的首席研究員Toshiaki Tanigaki 解釋說：”但直到現在，離軸電子全息技術中還沒有實現這種自動校正的技術。日立公司的首席研究員Toshiaki Tanigaki 解釋說：”所採用的技術能夠透過分析重建的電子波來校正由於輕微的焦點偏移而導致的散焦。由於採用了這種方法，所得的影像沒有殘餘像差，因此在磁場作用下很容易辨別原子的位置和相位。 “

利用這兩項創新，研究小組對Ba2FeMoO6 樣品進行了電子全像測量，這是一種層狀晶體材料，其中相鄰原子層具有不同的磁場。在將實驗結果與模擬結果進行比較後，他們證實自己超越了先前創下的紀錄，成功地以前所未有的0.47 奈米分辨率觀測到了Ba2FeMoO6的磁場。 “這一結果為直接觀測許多材料和設備中特定區域（如界面和晶界）的磁晶格打開了大門，”Tanigaki 興奮地評論道。 “我們的研究標誌著向研究許多隱藏現象邁出了第一步，磁性材料中的電子自旋構型可以揭示這些現象的存在。”

該團隊希望他們的傑出成就能夠幫助解決許多科學和技術挑戰。這種原子分辨率全像電子顯微鏡將為各方所用，促進從基礎物理學到下一代設備等廣泛領域的進步。最終，這將透過開發脫碳和節能所必需的高性能磁鐵和高功能材料，為實現碳中和社會鋪平道路。只有時間才能告訴我們，透過改進的電子全息顯微技術收集到的信息會帶來哪些令人興奮的發現和技術飛躍。

編譯自/ ScitechDaily