I konventionella elektronmikroskop, Det är särskilt svårt att utföra atomupplösta observationer av magnetiska material eftersom höga magnetiska fält oundvikligen utövas på prover inuti den magnetiska objektivlinsen. Nyutvecklat magnetiskt objektivlinssystem ger en magnetfältfri miljö vid provpositionen. Detta möjliggör direkt, atomupplöst avbildning av magnetiska material som kiselstål. Detta nya elektronmikroskop förväntas användas i stor utsträckning för forskning och utveckling av avancerade magnetiska material.

Under programmet JST-SENTAN (utveckling av system och teknik för avancerad mätning och analys, Japan Science and Technology Agency), Naoya Shibatas gemensamma utvecklingsteam vid University of Tokyo och JEOL Ltd., har utvecklat ett revolutionerande elektronmikroskop som innehåller nydesignade magnetiska objektiv, och uppnådde direkt, atomupplöst avbildning av material med sub-Å rumslig upplösning, med ett kvarvarande magnetfält mindre än 0,2 mT vid provpositionen. Som vi förstår det, detta är första gången som ett sådant mål har uppnåtts.

Under de 88 år som gått sedan den banbrytande uppfinningen av transmissionselektronmikroskopet (TEM) 1931, forskare har ständigt strävat efter bättre rumslig upplösning. Utformningen av magnetiska objektiv med mindre linsavvikelse-koefficienter har varit nödvändig, och aberrationskorrigerande linssystem för skanning av TEM (STEM) har uppnått sub-Å-rumslig upplösning.

En kritisk nackdel med nuvarande magnetiska kondensor-objektivlinssystem för atomupplösta TEM/STEM är att proverna måste sättas in i mycket höga magnetfält upp till 2–3 T. Sådana höga fält kan allvarligt hämma atomupplösning av många viktiga mjuka/hårda magnetiska material, såsom kiselstål, eftersom det starka fältet kan förändra - eller till och med förstöra - materialets magnetiska och ibland fysiska struktur. Nyligen, utvecklingen av nya magnetiska material har gått snabbt. Eftersom strukturell analys i atomskala är nyckeln till ovannämnda teknik, en lösning på detta problem har länge krävts.

Det gemensamma teamet har utvecklat ett nytt magnetfältfritt objektivlinssystem, innehållande två runda linser placerade i en exakt spegelsymmetrisk konfiguration med avseende på provplanet. Detta nya linssystem ger extremt små kvarvarande magnetfält vid provpositionen samtidigt som de starkt upphetsade objektiven på fram-/baksidan placeras tillräckligt nära provet för att få det korta fokuslängdstillståndet som är nödvändigt för bildupplösning med atomupplösning. Följaktligen, de kvarvarande magnetiska fälten som genereras nära provcentret är mycket <0,2 mT, vilket är 10, 000 gånger mindre än värdet i konventionella magnetiska objektiv som används för TEM/STEM-avbildning med atomupplösning.

Det gemensamma teamet har använt detta nya system för att observera atomstrukturen hos en kornorienterad kisel-stålplåt, som är ett av de viktigaste mjuka magnetiska konstruktionsmaterialen. Detta blad används som ett kärnmaterial för elektriska transformatorer och motorer, och dess atomupplösningskaraktärisering av enskilda defekter har länge eftersträvats. Med hjälp av det nyutvecklade linssystemet, den upplösta atomstrukturen hos kiselstålet observerades tydligt, och direkt, atomupplöst avbildning i en magnetfältfri miljö realiserades för elektronmikroskopi, möjliggör oöverträffad strukturell karakterisering av magnetiska material på atomnivå.

Det nyutvecklade elektronmikroskopet kan drivas på samma sätt som för konventionella TEM/STEM. Det förväntas främja betydande ytterligare forskning och utveckling inom olika nanoteknikområden.