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セラミック材料は、高融点、高硬度、高耐摩耗性、耐酸化性などの一連の特性を備えており、電子産業、自動車産業、繊維、化学産業、航空宇宙などの国民経済のさまざまな分野で広く使用されています。 。 セラミック材料の物理的特性は、SEM の重要な応用分野である微細構造に大きく依存します。     セラミックスとは何ですか? セラミック材料は、天然または合成化合物を成形および高温焼結して製造される無機非金属材料の一種であり、一般セラミック材料と特殊セラミック材料に分類できます。   特殊セラミック材料は、酸化物セラミック、窒化物セラミック、炭化物セラミック、ホウ化物セラミック、ケイ化物セラミックなどの化学組成に応じて分類できます。セラミックスはその特性や用途に応じて構造用セラミックスと機能性セラミックスに分けられます。   図1 窒化ホウ素セラミックスの顕微鏡形態   SEM はセラミック材料の特性の研究に役立ちます   社会と科学技術の継続的な発展に伴い、人々の材料に対する要求はますます高まっており、セラミックスのさまざまな物理的および化学的特性についてのより深い理解が必要となっています。セラミック材料の物性はその微細構造に大きく依存し[1]、SEM画像はその高解像度、広い倍率調整範囲、立体的な画像化が可能なため、セラミック材料やその他の研究分野で広く使用されています。CIQTEK 電界放射型走査電子顕微鏡 SEM5000 を使用すると、セラミック材料および関連製品の微細構造を簡単に観察でき、さらに、X 線エネルギー分光計を使用して材料の元素組成を迅速に決定できます。    電子セラミックスの研究における SEM の応用特殊セラミックス業界の最大の最終用途市場はエレクトロニクス業界であり、そこではチタン酸バリウム (BaTiO3) が積層セラミック コンデンサ (MLCC)、サーミスタ (PTC)、およびその他の電子機器に広く使用されています。その高い誘電率、優れた強誘電性と圧電性、耐電圧性と絶縁性により、コンポーネントに使用されています[2]。電子情報産業の急速な発展に伴い、チタン酸バリウムの需要が増加しており、電子部品の小型化、小型化が進んでおり、それに伴いチタン酸バリウムに対する要求も高まっています。研究者は、焼結温度、雰囲気、ドーピング、その他の準備プロセスを変更することで特性を調整することがよくあります。それでも重要なのは、製造プロセスの変化が材料の微細�

金属材料とは、光沢、延性、易伝導性、熱伝導などの特性を備えた材料です。一般に、鉄金属と非鉄金属の 2 種類に分類されます。鉄金属には、鉄、クロム、マンガンなどが含まれます [1]。中でも鉄鋼は基本的な構造材料であり、「産業の骨格」と呼ばれています。これまでのところ、鉄鋼は依然として工業用原材料の構成の大半を占めています。多くの鉄鋼会社や研究機関は、SEM の独自の利点を利用して生産上の問題を解決し、新製品の開発を支援しています。 対応するアクセサリを備えた SEM は、鉄鋼および冶金業界が研究を実施し、生産プロセスの問題を特定するためのお気に入りのツールとなっています。SEM の解像度と自動化の向上に伴い、材料の分析と特性評価における SEM の応用はますます広まっています [2]。     故障解析は、近年、学者や企業を研究するために軍事企業によって普及されている新しい分野です [3]。金属部品の故障は、軽微な場合にはワークの性能低下につながり、重大な場合には生命の安全に関わる事故につながる可能性があります。故障解析によって故障原因を特定し、効果的な改善策を提案することは、プロジェクトを安全に運営するために不可欠なステップです。したがって、走査型電子顕微鏡の利点を最大限に活用することは、金属材料産業の発展に大きく貢献するものと考えられます。   01 金属の引張破壊のSEM観察   破壊は常に金属組織の最も弱い部分で発生し、破壊の全過程に関する多くの貴重な情報が記録されます。したがって、破壊の研究では破壊の観察と研究が重視されてきました。破壊の形態学的解析は、破壊の原因、破壊の性質、破壊のモードなど、材料の破壊につながるいくつかの基本的な問題を研究するために使用されます 。材料の破壊メカニズムを詳しく研究する場合、通常、破面上のマクロ領域の組成が分析されます。破壊解析は現在、金属部品の故障解析にとって重要なツールとなっています。   図 1. CIQTEK SEM3100 の引張破壊形態   破壊の性質により、 脆性破壊と延性破壊に大別されます。脆性破壊の破面は通常、引張応力に対して垂直であり、巨視的な観点から見ると、脆性破壊は光沢のある結晶質の明るい表面で構成されます。一方、延性骨折では通常、骨折部に小さな隆起があり、繊維状になっています。   破壊解析の実験的基礎は、破壊面の巨視的形態と微細構造特性を直接観察して解析することです。多くの場合、亀裂の性質、亀裂の開始位置、亀裂の進展経路は肉眼的観察を使用して判断できます。 しかし、骨折源付近を詳細に調査し、骨折原因や骨折メカニズムを解析するには顕微鏡観察が必要です。また、破壊は凹凸があり粗い表面であるため、破壊の観察に使用される顕微鏡には、最大の被写界深度、可能な限り広い倍率範囲、および高解像度が必要です。これらすべてのニーズにより、破壊解析の分野で SEM が広く応用されるようになりました。 図 1 は、低倍率の肉眼観察と高倍率の微細構造観察による 3 つの引張破壊サンプルを示しています。サンプル B 肉眼的には繊維形態はありません (図 B)、微細構造には強靭な巣は現れず、これは脆性破壊です。サンプル C の巨視的亀裂は光沢のあるファセットで構成されています。したがって、上記の引張破壊はすべて脆性破壊です。     02 鋼中の介在物のSEM観察   鋼の性能は主に鋼の化学組成と組織によって決まります。鋼中の介在物は主に酸化物、硫化物、窒化物などの非金属化合物の形で存在し、鋼の不均一な組織を引き起こします。さらに、それらの形状、化学組成、および物理的要因は、鋼の冷間および熱間加工性を低下させるだけでなく、材料の機械的特性にも影響を与えます [4]。非金属介在物の組成、数、形状、分布は、鋼の強度、塑性、靱性、耐疲労性、耐食性などの特性に大きな影響を与えます。したがって、非金属介在物は鋼材の金属組織検査において必須の項目となります。鋼中の介在物の挙動を研究し、対応する技術を使用して鋼中の介在物のさらなる形成を防ぎ、鋼中にすでに存在する介在物を減らすことは、高純度鋼の製造と鋼の性能の向上にとって非常に重要です。 。     図 2. 内包物の形態     図 3. TiN-Al2O3 複合介在物のエネルギースペクトル表面分析   図2、図3の介在物分析では、走査型電子顕微鏡で介在物を観察し、エネルギー分光法で電気純鉄に含まれる介在物を分析した結果、純鉄に含まれる介在物は酸化物であることが分かりました。 、窒化物および複合介在物。   SEM3100 に付属の分析ソフトウェアには、サンプル上で直接、または画像上であらゆる距離と長さを直接測定するための強力な機能が備わっています。 たとえば、上記の場合の電気純鉄介在物の長さを測定すると、Al2O3 介在物の平均サイズは約 3 μm、TiN および AlN のサイズは 5 μm 以内、複合クラスのサイズであることがわかります。介在物は8μmを超えません。これらの小さな介在物は、電気純鉄内の磁区を固定する役割を果たし、最終的な磁気特性に影響を与えます。   酸化物介在物 Al2O3 の原因は、製鋼時の脱酸生成物や連続鋳造プロセスの二次酸化物である可能性があり、鋼材の形態は大部分が球形で、一部が不規則な形をしています。介在物の形態は、その成分と鋼中で起こる一連の物理化学反応に関連しています。介在物を観察する際には、介在物の形態や組成だけでなく、介在物の大きさや分布にも注意を払う必要があり、介在物のレベルを総合的に判断するには多方面からの統計が必要です。 SEMは、ワークの割れの原因となる介在物など、介在物を個別に観察・解析し、故障解析を行うのに有利です。亀裂の発生源には大きな粒子の介在物が見られることが多く、介在物のサイズ、組成、量、形状を研究することが重要です。この分析を使用して、ワークピースの故障の原因を特定できます。   03 鋼中の有害な析出相を検出するための SEM   析出相は、飽和固溶体の温度が低下する際に析出する相、あるいは固溶体処理後に得られる過飽和固溶体の熟成中に析出する相である。相対時効プロセスは固体状態の相変化プロセスであり、過飽和固溶体沈殿脱溶媒和および核生成成長プロセスからの第 2 相粒子です。析出相は鋼において非常に重要な役割を果たしており、その強度、靱性、可塑性、疲労特性、その他多くの重要な物理的および化学的特性に重要な影響を与えます。鋼の析出相を合理的に制御すると、鋼の特性を強化できます。熱処理の温度や時間の管理が適切でないと、脆性破壊や腐食し易さなどの金属特性の急激な低下につながります。      図 4. CIQTEK SEM3100 電気技術的に純鉄の析出位相後方...

科学研究において、花粉は幅広い用途があります。中国科学院南京地質古生物学研究所のリミ・マオ博士によると、土壌に沈着したさまざまな花粉を抽出して分析することで、それぞれがどの親植物から来たものかを理解し、環境や気候を推測することが可能になるという。その時。植物研究の分野では、花粉は主に体系的な分類法に顕微鏡的な参照証拠を提供します。さらに興味深いのは、花粉の証拠は犯罪捜査事件にも応用できることです。法医花粉学は、容疑者の同行衣服や犯罪現場に付着した花粉スペクトルの証拠を使用することで、犯罪の事実を効果的に裏付けることができます。地質研究の分野では、花粉は植生史、過去の生態学、気候変動研究の再構築に広く使用されています。人類の初期の農耕文明や生息地を探る考古学研究では、花粉は科学者が人類による初期の植物栽培の歴史、どのような食用作物が栽培されていたかなどを理解するのに役立ちます。    図1 3D花粉モデル写真（リミ・マオ博士撮影、オリバー・ウィルソン博士開発製品）   花粉の大きさは数ミクロンから200ミクロン以上までさまざまですが、これは目視による観察の解像度を超えており、観察や研究には顕微鏡の使用が必要です。花粉には、サイズ、形状、壁構造、装飾など、さまざまな形態があります。花粉の装飾は、花粉を識別し区別するための重要な基礎の 1 つです。しかし、光学生物顕微鏡の分解能には物理的な限界があり、花粉の装飾の違いを正確に観察することは難しく、一部の小さな花粉の装飾さえも観察することができません。したがって、科学者は、花粉の形態学的特徴の鮮明な画像を取得するために、高解像度と深い被写界深度を備えた走査型電子顕微鏡 (SEM) を使用する必要があります。化石花粉の研究では、その花粉が属する特定の植物を特定することができ、当時の植生、環境、気候情報をより正確に理解することができます。     花粉の微細構造   最近、 研究者は CIQTEK タングステン フィラメント SEM3100 と CIQTEK フィールド エミッション SEM5000 を使用して、さまざまな花粉を顕微鏡で観察しました。  図2 CIQTEKタングステンフィラメントSEM3100とフィールドエミッションSEM5000   1. 桜 花粉は球形～長楕円形。3 つの細孔溝 (花粉が処理されていない場合、細孔は明白ではありません) により、溝は両方の極に到達します。縞模様の装飾が施された外壁。     2. チャイニ�

膨張可能な微小球は、ガスが封入された小さな熱可塑性球であり、熱可塑性ポリマーのシェルと封入された液体アルカンガスで構成されています。微小球が加熱されると、シェルが軟化して内部の気圧が劇的に上昇し、微小球が元の体積の 60 倍まで劇的に膨張し、軽量の充填剤と発泡剤の 2 つの機能が得られます。発泡性微小球は軽量フィラーとして、非常に低密度の製品の重量を大幅に軽減できるため、その密度測定は非常に重要です。   図 1 膨張可能な微小球    EASY-G 1330シリーズ真密度試験機の原理 EASY-G 1330 シリーズ真密度試験機はアルキメデスの原理に基づいており、プローブとして小分子径ガスを使用し、理想ガス状態方程式 PV=nRT を使用して、特定の温度および圧力条件下で材料から放出されるガスの体積を計算します。材料の真の密度を決定するために。分子径の小さいガスは窒素やヘリウムと同様に使用できます。ヘリウムは分子径が最も小さく、試料と吸着反応しにくい安定した不活性ガスであるため、置換ガスとしては一般にヘリウムが推奨されます。    EASY-G 1330シリーズ真密度試験機のメリット EASY-G 1330 シリーズ真密度試験機はプローブとしてガスを使用するため、試験サンプルに損傷を与えることなく、サンプルを直接リサイクルできます。また、試験工程においてガスがサンプルと反応せず、機器の腐食を引き起こすことがないため、使用工程の安全率が高い。さらに、ガスは拡散しやすく、透過性が良く、安定性が良いという特徴があり、材料の内部細孔に素早く浸透し、試験結果がより正確になります。   実験手順   ①暖機運転：シリンダの主弁と減圧テーブルを開き、30分以上前に電源スイッチを入れます。ガス減圧テーブルの出力圧力：0.4±0.02MPa。   ②装置の校正：実験を開始する前に、標準鋼球を使用して装置を校正し、装置のすべてのパイプラインでテストされた鋼球の体積が標準値以内であることを確認してから実験を開始します。   ③サンプルチューブの体積の決定：空のサンプルチューブを装置のキャビティに取り付けて締め、ソフトウェアをセットアップし、サンプルチューブの体積を決定し、実験終了時に対応するサンプルチューブの体積を記録します。   ④サンプル秤量：試験誤差を減らすために、できるだけ多くのサンプルを秤量する必要があります。各試験では、サンプルをサンプルチューブ容積の約3/4まで秤量し、空のチュー

近年、世界的な原油価格の高騰により、太陽光発電（PV）に代表される再生可能エネルギー産業が注目を集めています。太陽光発電の中核コンポーネントとして、太陽電池の開発見通しと市場価値が注目されています。世界の電池市場では、太陽電池が約 27% を占めています[1]。 走査型電子顕微鏡は、太陽電池の製造プロセスと関連研究の強化に大きな役割を果たしています。     PV セルは、太陽エネルギーを電気エネルギーに直接変換する光電子半導体の薄いシートです。現在商業的に量産されている太陽電池は主にシリコン電池であり、単結晶シリコン電池、多結晶シリコン電池、アモルファスシリコン電池に分けられる。     太陽電池効率向上のための表面テクスチャリング方法   実際の太陽電池の製造プロセスでは、エネルギー変換効率をさらに向上させるために、通常、セルの表面に特殊なテクスチャ構造が作成され、このようなセルは「無反射」セルと呼ばれます。具体的には、これらの太陽電池の表面のテクスチャ構造は、シリコンウェーハの表面での照射光の反射回数を増やすことで光の吸収を向上させます。これにより、表面の反射率が低下するだけでなく、内部に光トラップが生成されます。これにより、太陽電池の変換効率が大幅に向上します。これは、既存のシリコン太陽電池の効率を向上させ、コストを削減するために重要です[2]。     平面とピラミッド構造面の比較 ピラミッド構造のシリコンウェーハは、平面に比べて入射光の反射光が直接空気中に反射するよりもウェーハ表面で再度作用する確率が高く、散乱光の数が増加します。そして構造の表面で反射され、より多くの光子が吸収されるようになり、より多くの電子正孔ペアが生成されます。    ピラミッド構造に当たる光のさまざまな入射角の光路   表面テクスチャリングに一般的に使用される方法には、化学エッチング、反応性イオン エッチング、フォトリソグラフィー、機械的溝入れなどがあります。中でも化学エッチング法は、低コスト、生産性が高く、方法が簡単であるため、産業界で広く用いられている[3] 。単結晶シリコン太陽電池の場合、結晶シリコンの異なる結晶層上でアルカリ溶液によって生成される異方性エッチングは、通常、結晶シリコンの異なる結晶層上でのアルカリ溶液の異方性の結果である「ピラミッド」形成と同様の構造を形成するために使用されます。ピラミ�

薬剤粉末はほとんどの薬剤製剤の主体であり、その有効性は薬剤の種類だけでなく、粒子サイズ、形状、表面特性、および薬剤を構成する粉末の特性にも大きく依存します。他の種類のパラメータ。薬物粉末の比表面積と細孔サイズの構造は、粒子サイズ、吸湿性、溶解性、溶解、圧縮などの粉末粒子の特性に関連しており、薬物の精製、加工、混合、生産、および包装能力に重要な役割を果たします。医薬品。   さらに、薬物の有効性、溶解速度、生物学的利用能および有効性も、材料の比表面積に依存します。一般的に言えば、一定の範囲内で医薬品粉末の比表面積が大きいほど、溶解および溶解速度がそれに応じて加速され、薬物含有量の均一な分布が保証されます。しかし、比表面積が大きすぎると、より多くの水分が吸着されることになり、薬効の保存や安定性が損なわれます。したがって、医薬品粉末の比表面積を正確、迅速かつ効果的に検査することは、医薬品研究において常に不可欠かつ重要な部分となっています。   医薬品粉末における CIQTEK アプリケーションのケーススタディ   私たちは、さまざまな薬物粉末材料の実際の特性評価事例を組み合わせて、さまざまな薬物表面の物理的特性を特徴づけるためのこの技術の方法と適用可能性を明確に示し、次に薬物の有効期限、溶解速度、有効性に関するいくつかの基本的な分析を行います。製薬業界の高品質な発展に貢献します。    V-Sorb X800 シリーズの比表面積および細孔径分析装置は、高スループット、高速かつ経済的な機器であり、入荷および出荷される最終製品の比表面積の迅速な検査、細孔径分布分析、品質管理、プロセスパラメータの調整を実現できます。 、薬の性能の予測など。   自動 BET 表面積およびポロシメトリー分析装置 CIQTEK EASY-V シリーズ     CIQTEK SEM   1、モンモリロナイト分散液の走査型電子顕微鏡と比表面積・細孔径分析装置   モンモリロナイトはベントナイトの精製と加工によって得られます。ベントナイトは、優れた吸着能力、陽イオン交換能力、吸水膨張能力を備えた特殊な結晶構造により、薬理学において独特の利点を持っています。例: API、医薬品合成、医薬品賦形剤など。   モンモリロナイトは層状構造をしており、比表面積が大きいため、有害物質に対して強力な吸着効果を発揮します。消化管粘液タンパク質と静電気的に結合し、消化管粘膜の保護および修復の役割を�

金属材料とは、光沢、延性、易伝導性、熱伝導などの特性を備えた材料です。一般に鉄金属と非鉄金属の2種類に分けられます。鉄金属には、鉄、クロム、マンガンなどが含まれます。これまでのところ、工業用原材料の構成では依然として鉄と鋼が主流です。多くの鉄鋼会社や研究機関は、SEM の独自の利点を利用して、生産中に遭遇する問題を解決し、新製品の研究開発を支援しています。対応するアクセサリを備えた走査型電子顕微鏡は、鉄鋼および冶金業界が研究を実施し、生産プロセスの問題を特定するための有利なツールとなっています。SEM の解像度と自動化の向上に伴い、材料の分析と特性評価における SEM の応用はますます普及しています。   故障解析は、近年、学者や企業を研究するために軍事企業によって普及されている新しい分野です。金属部品の破損は、軽微な場合にはワークの性能低下につながり、重大な場合には人命事故につながる可能性があります。プロジェクトを安全に運営するためには、故障解析による故障原因の特定と効果的な改善策の提案が不可欠です。したがって、走査型電子顕微鏡の利点を最大限に活用することは、金属材料産業の発展に大きく貢献するものと考えられます。     01 金属部品の引張破壊の電子顕微鏡観察        破壊は常に金属組織の最も弱い部分で発生し、破壊の全過程に関する多くの貴重な情報が記録されるため、破壊の研究では破壊の観察と研究が常に重視されてきました。破壊の形態学的解析は、破壊の原因、破壊の性質、破壊のモードなど、材料の破壊につながるいくつかの基本的な問題を研究するために使用されます。材料の破壊メカニズムを詳しく研究したい場合は、通常、破壊表面の微小領域の組成を分析する必要があり、破壊解析は現在、金属部品の破損解析のための重要なツールとなっています。     図 1 CIQTEK 走査型電子顕微鏡 SEM3100 の引張破壊形態   破壊の性質により脆性破壊と塑性破壊に大別されます。脆性破壊の破面は通常、引張応力に対して垂直であり、巨視的に見ると、脆性破壊は光沢のある結晶質の明るい表面で構成されます。塑性骨折は通常、巨視的に見ると骨折上に細かいディンプルを備えた繊維状です。   破壊解析の実験的基礎は、破壊面の巨視的な形態学的および微細構造的特徴を直接観察および解析することです。多くの場合、肉眼観察により破壊の性質、発生位置、亀裂の進展経路を知ることができますが、破壊原因や破壊機構を解析するために破壊源付近を詳細に調査するには、顕微鏡観察が必要です。破壊は凹凸があり粗い表面であるため、破壊の観察に使用される顕微鏡には、最大の被写界深度、可能な限り広い倍率範囲、および高解像度が必要です。これらのニーズを組み合わせて、SEM は破壊解析の分野で広く使用されています。図 1 3 つの引張破壊サンプル。低倍率の肉眼観察と高倍率の微細構造観察による。サンプル A の破壊は、典型的な脆性破壊特性の川のパターン (図 A) です。サンプル B 巨視的には繊維形態は見られず (図 B)、微細構造には強靭な巣は現れず、脆性破壊のため。サンプル C の巨視的破壊は光沢のあるファセットで構成されているため、上記の引張破壊は脆性破壊です。   02 鋼介在物の電子顕微鏡観察   鋼の性能は主に鋼の化学組成と組織に依存します。鋼中の介在物は主に酸化物、硫化物、窒化物などの非金属化合物の形で存在し、鋼の不均一な組織を引き起こし、その形状、化学組成、物理的要因などは鋼を作るだけでなく、冷間および熱間加工のパフォーマンスは低下しますが、材料の機械的特性にも影響します。非金属介在物の組成、個数、形状、分布は鋼の強度、塑性、靱性、耐疲労性、耐食性などに大きな影響を与えるため、鋼材の金属組織検査において非金属介在物は欠かせない項目となっています。鋼中の介在物の挙動を研究し、対応する技術を使用して鋼中の介在物のさらなる形成を防ぎ、鋼中にすでに存在する介在物を低減することにより、高純度の鋼を製造し、鋼の性能を向上させることが非常に重要です。     図2 介在物の形態     図 3 TiN-Al2O3 複合介在物のエネルギー面スペクトル分析   図2、図3に示す介在物の場合、SEMを用いて介在物を観察し、純鉄に含まれる介在物のエネルギースペクトル分析と併せて、純鉄に含まれる介在物の種類を確認することができます。酸化物、窒化物、複合介在物です。   たとえば、上記の場合の介在物の長さを測定すると、Al2O3 介在物の平均サイズは約 3 μm、TiN と AlN は 5 μm 以内、複合介在物のサイズは 8 μm を超えないことがわかります。 μm; これらの微細な介在物は、電気技術的に純粋な鉄内の磁区を固定する役割を果たし、最終的な磁気特性に影響を与えます。   酸化物介在物 Al2O3 の原因は、製鋼時の脱酸生成物や連続鋳造プロセスの二次酸化物である可能性があり、鋼材中の形状は大部分が球形であり、不規則な形状の一部はごく一部です。介在物を観察する際には、介在物の形態や組成を観察するだけでなく、介在物の大きさや分布にも注目し、介在物レベルを総合的に評価する必要があります。たとえば、故障解析のために介在物がワークピースの亀裂につながる場合、通常、亀裂の発生源には介在物の大きな粒子が見つかるため、故障の原因を特定するには介在物のサイズ、組成、量、形状を研究することが重要です。ワークの。   03 走査型電子顕微鏡による鋼材中の有害析出相の検出方法        析出相とは、飽和固溶体の温度が低下すると析出する相、または固溶化処理後に得られた過飽和固溶体を熟成させることにより析出する相であり、第二相粒子が析出する固相変態過程である。過飽和固溶体から沈殿および脱溶媒和され、核形成される。析出相は鋼において非常に重要な役割を果たしており、その強度、靭性、可塑性、疲労特性、その他多くの重要な物理的および化学的特性に重要な影響を与えます。鋼の析出相を適切に制御することで鋼の特性を強化できますが、熱処理の温度と時間の制御が適切でないと、脆性破壊、容易な腐食などの金属特性の急激な低下を引き起こします。   図4 CIQTEK走査型電子顕微鏡によるSEM3100純鉄析出相の後方散乱図   一定の加速電圧では、基本的に試料の原子番号が大きくなるほど反射電子の発生量が増加するため、反射電子を画像信号として利用して、原子番号ライナー画像や試料上の化学成分分布を表示することができます。試料の表面を一定の範囲で観察できます。Pb の原子番号は 82 で、後方散乱モードでは Pb の反射電子収量が高いため、画像では Pb が明るく白く見えます。   PbやFeは固溶体を生成せず、製錬工程で...

米粒ほどの大きさのラップトップのハードドライブを想像できますか? 磁場中の神秘的な準粒子構造であるスキルミオンは、この「米粒」のより多くの記憶領域とより高速なデータ転送速度を備えて、この一見考えられないアイデアを現実にする可能性があります。では、この奇妙な粒子構造を観察するにはどうすればよいでしょうか? CIQTEK Quantum Diamond Atomicダイヤモンドの窒素空孔 (NV) 中心と AFM スキャン画像に基づいた力顕微鏡 (QDAFM) が答えを教えてくれます。     スキルミオンとは   大規模集積回路の急速な発展により、チップがナノメートルスケールに加工され、量子効果が徐々に明らかになり、「ムーアの法則」は物理的な限界に直面しました。同時に、チップ上に集積された電子部品がこれほど高密度に集積されると、熱放散の問題が大きな課題となっています。人々はボトルネックを打破し、集積回路の持続可能な開発を促進するための新しい技術を緊急に必要としています。   スピントロニクスデバイスは、電子のスピン特性を利用することで情報の保存、転送、処理の効率を高めることができ、これは上記のジレンマを打破する重要な方法です。近年、磁性構造のトポロジカル特性とその関連応用は、次世代スピントロニクスデバイスの情報担体として期待されており、この分野で現在注目されている研究の一つとなっている。   スキルミオン（以下、磁気スキルミオンと呼ぶ）は準粒子の性質を持ったトポロジカルに保護されたスピン構造であり、特殊な磁壁としてその構造は渦を伴う磁化分布となっている。磁壁と同様に、スキルミオンにも磁気モーメント反転が存在しますが、磁壁とは異なり、スキルミオンは渦構造であり、その磁気モーメント反転は中心から外側に向かうもので、一般的なものはブロッホ型です。スキルミオンとニール型スキルミオン。   図 1: スキルミオンの構造の模式図。(a) ニール型スキルミオン (b) ブロッホ型スキルミオン   スキルミオンは、操作の容易さ、安定性の容易さ、小型、駆動速度の速さなどの優れた特性を備えた天然の情報媒体です。したがって、スキルミオンをベースにした電子デバイスは、不揮発性、大容量、高速性、低消費電力といった将来のデバイスの性能要件を満たすことが期待されています。   スキルミオンの用途とは   スカーミオン競馬場の記憶 Racetrack メモリは、磁性ナノワイヤをトラックとして、磁壁をキャリアとして使用し、電流によって磁壁の動きを駆動します。2013 年に研究者らは、より有望な代替品であるスキルミオン競馬場メモリを提案しました。磁壁の駆動電流密度と比較すると、スキルミオンは 5 ～ 6 桁小さいため、エネルギー消費と発熱が少なくなります。スキルミオンを圧縮することにより、隣接するスキルミオン間の距離とスキルミオンの直径を同程度の大きさにすることができ、記憶密度を高めることができます。   図 2: スカーミオンベースの競馬場メモリ   スキルミオントランジスタ スキルミオンはトランジスタの方向にも使用でき、半導体開発に新しいアイデアをもたらします。図 3 に示すように、MTJ (磁気トンネル接合) を使用してデバイスの一端でスキルミオンが生成され、続いてスピン分極電流がスキルミオンをもう一方の端に向かって駆動します。トランジスタのスイッチング状態を実現するために、デバイスの中央にゲートが設置されます。ゲートに電圧を印加すると電場が発生し、材料の垂直磁気異方性が変化し、スキルミオンのオン/オフを制御できます。電圧が印加されていない場合、スキルミオンはゲートを通過してデバイスの他端に達することができ、この状態はオン状態として定義されます。外部電場が印加されるとスキルミオンはゲートを通過せず、この状態がオフ状態と定義されます。   図 3: スキルミオン トランジスタ   スキルミオンベースの型破りなコンピューティング ニューロモーフィックコンピューティングユニットは、従来のコンピューティングユニットと比較して、ニューラルネットワークの観点から低消費電力と大規模なコンピューティングという利点を持っています。ニューロモーフィック コンピューティング ユニットを製造するには、ナノメートル サイズ、不揮発性、低消費電力の要件を満たす必要があります。スキルミオンはそのようなデバイスに新たな可能性をもたらします。スキルミオンは制御された可動性を備えているため、生体神経を適切にシミュレートすることができ、同時に不純物の固定効果をより効率的に取り除くことができ、より堅牢になります。   図4:  (a) スキルミオンベースのニューラルコンピューティングデバイス (b) スキルミオンベースの確率的コンピューティングデバイス   スキルミオンはランダムなコンピューティング デバイスでも使用できます。主流のコンピューティング技術は従来のバイナリ形式で値をエンコードしますが、ランダム コンピューティングはランダムなビット ストリームを継続的に処理できます。従来の半導体回路は、擬似乱数発生器とシフトレジスタを組み合わせて信号を生成するため、ハードウェアのコストが高く、エネルギー効率が低いという欠点がありました。研究者らは最近、熱によるスキルミオンの生成を理論的にも実験的にも発見し、スキルミオンベースのランダム コンピューティング デバイスの基礎を提供しました。   スキルミオン研究の応用における CIQTEK 量子ダイヤモンド原子間力顕微鏡   スキルミオンの研究は適切な観察技術がなければ実施できません。実空間でスキルミオンを観察するには次の技術が一般的に使用されます。 ローレンツ透過型電子顕微鏡 (LTEM)。その原理は、電子ビームを使用してサンプルを透過し、電子にかかるローレンツ力を記録することです。磁気力顕微鏡法 (MFM) は、磁気チップを使用して原子間力顕微鏡技術を使用してサンプル表面上の磁場力を記録します。X 線顕微鏡の原理は、X 線の吸収率がサンプルの磁場を反映することです。もう一つは、光磁気カー効果を利用して磁化分布を測定する光磁気カー顕微鏡法 (Moke) です。これらの観察ツールにはそれぞれ、LTEM の厳しいサ​​ンプル サイズ要件、モークの空間分解能の低さ、スキルミオンのイメージングに影響を与える可能性がある MFM チップの磁気特性などの制限があります。   近年、ダイヤモンドの特殊な欠陥構造である窒素空孔（NV）中心の存在が研究者の注目を集めています。NV軸の磁場成分の強度は、NV中心の電子スピンの量子状態をマイクロ波やレーザーで操作して読み取ることで得られます。   NV センター走査型プローブ顕微鏡 (SPM) は、ダイヤモンドの NV センターを AFM プローブチップに統合し、AFM スキャン技...