日立の原子分解能・ホログラフィー電子顕微鏡を用いて世界初となる格子面それぞれの磁場観察に成功

　株式会社日立製作所(以下、日立)、国立大学法人九州大学、国立研究開発法人理化学研究所(以下、理研)、有限会社HREMは、国立研究開発法人産業技術総合研究所、国立研究開発法人物質・材料研究機構と共同で、日立の原子分解能・ホログラフィー電子顕微鏡を用いて、これまで観察が困難であった磁性多層膜などの構造や組成が不均一な試料(以下、不均一試料（*1）)の磁場観察を可能にする手法を開発し、世界で初めて格子面それぞれ（*2）の磁場観察に成功しました。
　本成果は、電子線ホログラフィーの精度向上と撮像後にピントを自動補正する技術を開発することで達成しました。これにより、不均一試料を含む材料の物性や電子デバイスの特性を大きく左右する、局所的な物質間の境界(界面)における原子層レベルでの磁場観察が初めて可能となりました。今後、原子層レベルで起きている磁気現象（*3）の解明を通じて基礎科学の発展に寄与するとともに、カーボンニュートラル社会の実現に向けて、脱炭素化のための電動化向け高性能磁石や高機能材料の開発、さらに日常生活で必要になる全体の消費エネルギーを減らすための省エネデバイスの開発に貢献していきます。
　なお、本研究成果は2024年7月4日(木)午前0時(日本時間)、国際学術誌「Nature」にオンライン掲載されました（*4）。

　本成果は格子面レベルで磁場を直接観察することができる新しい電子顕微鏡法であり、物質科学の発展への貢献が期待されます。今後、本手法を活用することで電力損失を大幅に抑えた革新的なエレクトロニクスの原理構築やデバイス開発の道が拓かれると確信しています。

　なお、本研究の一部は、最先端研究開発支援プログラムにより、独立行政法人日本学術振興会(理事長:杉野剛)を通じた助成、および国立研究開発法人科学技術振興機構(理事長:橋本和仁)の戦略的創造研究推進事業　チーム型研究(CREST)「計測技術と高度情報処理の融合によるインテリジェント計測・解析手法の開発と応用」(研究総括：雨宮慶幸　東京大学 大学院新領域創成科学研究科　特任教授)における研究課題「AIと大規模画像処理による電子顕微鏡法の技術革新(JPMJCR1664)」(研究代表者：村上恭和　九州大学 大学院工学研究院　教授、研究期間：平成28～令和2年度)の支援を受けたものです。

（*1） ここでは非晶質のようなランダムな構造の試料だけではなく、周期構造の中で構造や組成が異なる試料も含め不均一試料と定義しています。

（*2）原子は物体を構成する安定な最小単位の粒です。物体は三次元的に原子が並ぶことでできていますが、物体中の二次元面に原子が並んでいる部分を「層」や「面」と呼びます。「格子面」とは物体中のある二次元面に原子が規則的に並んでいる構造をさし、物質全体の特性を決める重要なものです。

（*3）界面での特異な磁場状態としては、界面の磁性原子層が規則正しく一様に並んでいない場合、小さな領域ごとの磁場をランダムモデルとして扱い、平均化された磁場として扱う「Malozemoff’sのランダム磁場モデル」や、磁性体とそうでない領域の原子層が1層毎に磁場の強弱変化を持ち、内部の一様な磁場とは異なる「磁気フリーデル振動」などがあります。

（*4）Toshiaki Tanigaki, Tetsuya Akashi, Takaho Yoshida, Ken Harada, Kazuo Ishizuka, Masahiko Ichimura, Kazutaka Mitsuishi, Yasuhide Tomioka, Xiuzhen Yu, Daisuke Shindo, Yoshinori Tokura, Yasukazu Murakami, and Hiroyuki Shinada “Electron Holography Observation of Individual Ferrimagnetic Lattice Planes”, Nature, 2024, doi: 10.1038/s41586-024-07673-w

タイトル：Electron holography observation of individual ferrimagnetic lattice planes
著者名：Toshiaki Tanigaki, Tetsuya Akashi, Takaho Yoshida, Ken Harada, Kazuo Ishizuka, Masahiko Ichimura, Kazutaka Mitsuishi, Yasuhide Tomioka, Xiuzhen Yu, Daisuke Shindo, Yoshinori Tokura, Yasukazu Murakami, and Hiroyuki Shinada
掲載誌：Nature
DOI：10.1038/s41586-024-07673-w

• 本研究の詳細についてはこちら

工学研究院　エネルギー量子工学部門　村上 恭和　教授