Em microscópios eletrônicos convencionais, realizar observações de resolução atômica de materiais magnéticos é particularmente difícil porque altos campos magnéticos são inevitavelmente exercidos em amostras dentro da lente objetiva magnética. O sistema de lentes objetivas magnéticas recentemente desenvolvido fornece um ambiente livre de campo magnético na posição da amostra. Isso permite o direto, imagem resolvida por átomo de materiais magnéticos, como os aços de silício. Espera-se que este novo microscópio eletrônico seja amplamente utilizado para a pesquisa e desenvolvimento de materiais magnéticos avançados.

No âmbito do programa JST-SENTAN (Desenvolvimento de Sistema e Tecnologia para Medição e Análise Avançada, Agência de Ciência e Tecnologia do Japão), a equipe de desenvolvimento conjunta do Prof. Naoya Shibata na Universidade de Tóquio e JEOL Ltd., desenvolveu um microscópio eletrônico revolucionário que incorpora lentes objetivas magnéticas recentemente projetadas, e alcançado direto, imagem resolvida por átomo de materiais com resolução espacial sub-Å, com um campo magnético residual inferior a 0,2 mT na posição da amostra. Para o melhor de nosso conhecimento, esta é a primeira vez que tal objetivo foi alcançado.

Nos 88 anos desde a invenção seminal do microscópio eletrônico de transmissão (TEM) em 1931, pesquisadores têm buscado continuamente uma melhor resolução espacial. O design de lentes objetivas magnéticas com coeficientes de aberração de lente menores foi necessário, e sistemas de lentes de correção de aberração para varredura TEM (STEM) alcançaram resolução espacial sub-Å.

Uma desvantagem crítica dos atuais sistemas de lentes objetivas de condensador magnético para TEMs / STEMs de resolução atômica é que as amostras devem ser inseridas em campos magnéticos muito altos de até 2-3 T. Esses campos altos podem prejudicar gravemente a imagem de resolução atômica de muitos materiais magnéticos macios / duros importantes, como aço silício, porque o campo forte pode alterar muito - ou mesmo destruir - a estrutura magnética e às vezes física do material. Recentemente, o desenvolvimento de novos materiais magnéticos avançou rapidamente. Como a análise estrutural em escala atômica é a chave para a tecnologia mencionada, uma solução para este problema é necessária há muito tempo.

A equipe conjunta desenvolveu um novo sistema de lentes objetivas sem campo magnético, contendo duas lentes redondas posicionadas em uma configuração simétrica de espelho exata em relação ao plano de amostra. Este novo sistema de lentes fornece campos magnéticos residuais extremamente pequenos na posição da amostra enquanto posiciona as lentes objetivas frontal / traseira fortemente excitadas perto o suficiente da amostra para obter a condição de comprimento de foco curto indispensável para imagens de resolução atômica. Consequentemente, os campos magnéticos residuais gerados perto do centro de amostra são muito <0,2 mT, que é 10, 000 vezes menor do que o valor em lentes objetivas magnéticas convencionais usadas para imagens TEM / STEM de resolução atômica.

A equipe conjunta usou este novo sistema para observar a estrutura atômica de uma folha de aço silício orientada a grãos, que é um dos mais importantes materiais de engenharia magnética suave. Esta folha é usada como um material central para transformadores e motores elétricos, e sua caracterização de resolução atômica de defeitos individuais há muito tem sido buscada. Usando o sistema de lentes recém-desenvolvido, a estrutura atômica resolvida do aço silício foi claramente observada, e direto, imagem resolvida com átomo em um ambiente livre de campo magnético foi realizada para microscopia eletrônica, permitindo a caracterização estrutural em nível atômico sem precedentes de materiais magnéticos.

O microscópio eletrônico recém-desenvolvido pode ser operado da mesma maneira que os TEMs / STEMs convencionais. Espera-se que promova pesquisas e desenvolvimento substanciais em vários campos da nanotecnologia.