En microscopios electrónicos convencionales, realizar observaciones de resolución atómica de materiales magnéticos es particularmente difícil porque los campos magnéticos elevados se ejercen inevitablemente en las muestras dentro de la lente del objetivo magnético. El sistema de lente objetivo magnético recientemente desarrollado proporciona un entorno libre de campos magnéticos en la posición de la muestra. Esto permite directo, Imágenes resueltas en átomos de materiales magnéticos como aceros al silicio. Se espera que este novedoso microscopio electrónico se utilice ampliamente para la investigación y el desarrollo de materiales magnéticos avanzados.

Bajo el programa JST-SENTAN (Desarrollo de Sistema y Tecnología para Medición y Análisis Avanzados, Agencia Japonesa de Ciencia y Tecnología), el equipo de desarrollo conjunto del Prof. Naoya Shibata en la Universidad de Tokio y JEOL Ltd., ha desarrollado un microscopio electrónico revolucionario que incorpora lentes objetivos magnéticos de nuevo diseño, y logrado directo, Imágenes de materiales con resolución atómica con resolución espacial sub-Å, con un campo magnético residual inferior a 0,2 mT en la posición de la muestra. A lo mejor de nuestro conocimiento, esta es la primera vez que se logra tal objetivo.

En los 88 años transcurridos desde la invención seminal del microscopio electrónico de transmisión (TEM) en 1931, los investigadores han buscado continuamente una mejor resolución espacial. Ha sido necesario el diseño de lentes de objetivo magnético con coeficientes de aberración de lente más pequeños, y los sistemas de lentes de corrección de aberraciones para escanear TEM (STEM) han logrado una resolución espacial sub-Å.

Una desventaja crítica de los sistemas actuales de lentes de objetivo y condensador magnético para TEM / STEM de resolución atómica es que las muestras deben insertarse en campos magnéticos muy altos de hasta 2–3 T. Estos campos altos pueden dificultar gravemente la obtención de imágenes de resolución atómica de muchos materiales magnéticos blandos / duros importantes, como el acero al silicio, porque el campo fuerte puede alterar en gran medida, o incluso destruir, la estructura magnética y, a veces, física del material. Recientemente, el desarrollo de nuevos materiales magnéticos ha avanzado rápidamente. Dado que el análisis estructural a escala atómica es clave para la tecnología antes mencionada, Hace tiempo que se necesita una solución a este problema.

El equipo conjunto ha desarrollado un nuevo sistema de lentes objetivo sin campo magnético, que contiene dos lentes redondas colocadas en una configuración simétrica de espejo exacta con respecto al plano de la muestra. Este nuevo sistema de lentes proporciona campos magnéticos residuales extremadamente pequeños en la posición de la muestra al tiempo que coloca las lentes de los objetivos delanteros / traseros fuertemente excitados lo suficientemente cerca de la muestra para obtener la condición de longitud de enfoque corta indispensable para la obtención de imágenes de resolución atómica. Como consecuencia, los campos magnéticos residuales generados cerca del centro de muestras son mucho <0,2 mT, que es 10, 000 veces menor que el valor de los objetivos magnéticos convencionales utilizados para la obtención de imágenes TEM / STEM de resolución atómica.

El equipo conjunto ha utilizado este nuevo sistema para observar la estructura atómica de una hoja de acero al silicio de grano orientado, que es uno de los materiales de ingeniería magnéticos blandos más importantes. Esta hoja se utiliza como material central para transformadores y motores eléctricos, y se ha buscado durante mucho tiempo su caracterización por resolución atómica de defectos individuales. Usando el sistema de lentes recientemente desarrollado, se observó claramente la estructura atómica resuelta del acero al silicio, y directo, Se obtuvieron imágenes de resolución de átomos en un entorno libre de campos magnéticos para microscopía electrónica, permitiendo una caracterización estructural a nivel atómico sin precedentes de materiales magnéticos.

El microscopio electrónico desarrollado recientemente se puede operar de la misma manera que los TEM / STEM convencionales. Se espera que promueva una mayor investigación y desarrollo en varios campos de la nanotecnología.