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回折限界 回折スポット 点光源が円形の開口部を通過すると回折が発生し、開口部の後ろに回折パターンが形成されます。このパターンは、エアリー ディスクとして知られる一連の同心の明るいリングと暗いリングで構成されます。 2 つの点光源のエアリー ディスクが重なると干渉が発生し、2 つの点光源を区別できなくなります。エアリー ディスクの中心間の距離 (エアリー ディスクの半径に等しい) が回折限界を決定します。 回折限界は光学顕微鏡の分解能に制限を課し、近すぎる物体や細部の分解可能な区別を妨げます。光の波長が短いほど回折限界は小さくなり、解像度は高くなります。さらに、開口数 (NA) が大きい光学系は回折限界が小さいため、解像度が高くなります。[9] エアリーディスク 解像度の計算式、NA は開口数を表します: 分解能=0.16λ / NA 歴史を通して、科学者は光学顕微鏡の回折限界を超えるために、長くて挑戦的な旅に乗り出してきました。初期の光学顕微鏡から現代の超解像顕微鏡技術に至るまで、研究者は継続的に探究と革新を行ってきました。彼らは、より短い波長の光源の使用、対物レンズの設計の改善、特殊なイメージング技術の採用など、さまざまな方法を試みてきました。 いくつかの重要な進歩には次のものがあります: １． 近接場走査光学顕微鏡 (NSOM): NSOM は、サンプル表面の近くに配置されたプローブを使用して、近接場効果を利用し、高解像度のイメージングを実現します。。 2. 誘導放出減少顕微鏡法 (STED): STED は、蛍光分子の誘導放出減少効果を利用して超解像度イメージングを実現します。 3.構造化照明顕微鏡 (SIM):SIM は、特定の照明パターンと画像処理アルゴリズムを通じて画像解像度を向上させます。 4．単一分子局在顕微鏡法 (SMLM): SMLM は、個々の蛍光分子を正確に位置特定して追跡することにより、超解像度イメージングを実現します。[43] 5. 油浸顕微鏡: 対物レンズを透明なオイルに浸すと、物体空間の開口数が増加し、解像度が向上します。 6.電子顕微鏡: 電子顕微鏡では、光ビームの代わりに電子ビームを使用することで、ド・ブロイの原理に従って物質の波動の性質を利用します。電子は光子と比べて質量があるため、波長が短く、回折が少ないため、より高い画像解像度が可能になります。[53] 倒立型蛍光顕微鏡 CIQTEK 120kV フィールドエミッション型透過電子顕微鏡 TH-F120 これらの発展により、私たちはより高いレベルでミクロの世界を観察できるよう�

光が音を生み出すことをご存知ですか？ 19 世紀後半、科学者アレクサンダー グラハム ベル (電話の発明者の一人と考えられている) は、光音響効果として知られる、材料が光エネルギーを吸収した後に音波を発生する現象を発見しました。   アレキサンダー・グラハム・ベル 画像出典：新浪テクノロジー   1960年代以降、微弱信号検出技術の発達により、高感度マイクや圧電セラミックマイクが登場しました。科学者たちは、光音響効果に基づいた新しい分光分析技術である光音響分光法を開発しました。これは、サンプルの物質とその分光学的熱特性の検出に使用でき、無機および有機化合物、半導体、金属、ポリマー材料の物理化学研究の強力なツールになります。 、など。     どうすれば光から音を生み出せるのでしょうか？下図に示すように、モノクロメーターで変調された光源、またはパルスレーザーなどのパルス光が光音響セルに入射します。光音響セル内の測定対象物質は光エネルギーを吸収しますが、その吸収率は入射光の波長や材質によって異なります。これは、異なる材料を構成する原子分子のエネルギー準位が異なるためであり、入射光の周波数νがエネルギー準位hνに近づくと、材料による光の吸収率が増加します。光を吸収した後、より高いエネルギーレベルにジャンプした原子分子は、より高いエネルギーレベルに留まりません。代わりに、エネルギーを放出してリラックスして最も低い基底状態に戻る傾向があり、放出されたエネルギーは多くの場合熱エネルギーとして現れ、材料が熱膨張して体積が変化します。たとえば、材料を光音響セルに詰め込むことによって材料の体積を制限すると、その膨張により圧力の変化が生じます。入射光の強度に周期的な変調を適用すると、材料の温度、体積、圧力も周期的に変化し、検出可能な機械波が生じます。この振動は、高感度マイクロフォンまたは圧電セラミックマイクロフォンによって検出でき、これを光音響信号と呼びます。   原理図     ロックインアンプはどのようにして光音響信号を測定するのでしょうか?   要約すると、光音響信号は、(原子または分子の緩和によって放出される) 非常に小さな熱から変換された、はるかに小さな圧力信号によって生成されます。このような極めて弱い信号の検出は、ロックインアンプなしでは必然的に実行できません。   光音響分光法では、マイクから収集した信�

透過型E電子顕微鏡 (TEM) および走査型電子顕微鏡 (SEM) は、現代の科学研究において不可欠なツールです。光学顕微鏡と比較して、電子顕微鏡は解像度が高いため、より小さなスケールで標本の微細構造を観察および研究することができます。 電子顕微鏡は、電子ビームと試料の間の相互作用を利用することにより、高解像度かつ高倍率の画像を提供することができ、研究者は他の方法では得ることが難しい重要な情報を得ることができます。 どの顕微鏡があなたに適していますか? ニーズに適した電子顕微鏡技術を選択する場合、最適なものを決定するにはさまざまな要素を考慮する必要があります。決定を下す際に役立ついくつかの考慮事項を以下に示します: 分析目的: まず、分析の目的を決めることが重要です。さまざまな種類の分析には、さまざまな電子顕微鏡技術が適しています。 a. ご興味のある方はただし、SEM 標本は通常、最小限の準備を必要とするか、まったく準備を必要としません。SEM では 対照的に、TEM の 試料準備プロセスははるかに複雑であり、操作には経験豊富なエンジニアが必要です。 TEM 試料 は非常に薄く、通常は 150 nm 未満、さらには 30 nm 未満で、できるだけ平らでなければなりません。これは、TEM標本の準備にはより多くの時間と専門知識が必要になる可能性があることを意味します。 画像の種類: SEM は 試料表面の詳細な三次元画像を提供し、TEM は試料の内部構造の二次元投影画像を提供します。 a. スキャン Electron Microscope(SEM) により、試料の表面形態の 3 次元画像が得られます 。主に形態解析に使用されます。 材料の表面形態を調べる必要がある場合は、SEM を使用できますが、実験要件を満たしているかどうかを確認するために解像度を考慮する必要があります。 b. 内部を理解する必要がある場合 材料の結晶または原子構造 、TEM が必要です。 透過型電子顕微鏡 (TEM) は従来の顕微鏡に似ており、二次元の画像を提供します。 標本の表面と内層の両方を観察できますが、三次元の側面は欠けています。 違い: E電子Microscope (SEM) 試料の表面形態を観察する 164、一方で T 送信Electron Microscope・(TEM)・は、試料の構造形態を検査する。 一般に、TEM はより高い倍率を提供し、より高い真空を必要とします。 SEM は、最大直径が 200 mm 以上、高さが約 80 mm に達する、より大きなサイズの 試料 に対応できますが、TEM 試料 は通常、直径約 3 のグリッド上に配置されます。観察用mm

反強磁性体とは何ですか?   図 1: 反強磁性体の磁気モーメントの配置   鉄の一般的な特性は、強磁性、強誘電性、および強弾性です。2 つ以上の鉄の性質を同時に持つ材料は、マルチフェロイック材料と呼ばれます。マルチフェロイックは通常、強い鉄結合特性を持っています。つまり、材料の 1 つの鉄の特性が、印加電場を使用して材料の強誘電特性を調整するなど、別の鉄の特性を調整し、材料の強磁性特性に影響を与える可能性があります。このようなマルチフェロイック材料は、次世代の電子スピンデバイスとして期待されています。中でも、反強磁性体は印加磁場に対して優れた耐性を示すため、広く研究されています。   反強磁性は、磁気モーメントが逆平行に千鳥状に配置され、巨視的な正味の磁気モーメントを示さない材料の磁気特性です。この磁気的に秩序立った状態は反強磁性と呼ばれます。反強磁性体の内部では、隣接する価電子のスピンが逆方向を向く傾向があり、磁場は発生しません。反強磁性材料は比較的まれで、酸化第一鉄、マンガン鉄合金、ニッケル合金、希土類合金、希土類ホウ化物など、そのほとんどは低温でのみ存在します。ただし、室温で反強磁性材料も存在します。現在研究が盛んに行われているBiFeO3。   反強磁性体の応用展望 反強磁性に関する知識は主に中性子散乱技術の発展によるもので、物質内のスピンの配置を「見る」ことができ、反強磁性の存在を確認できるようになりました。おそらく、ノーベル物理学賞が研究者らに反強磁性体に注目するきっかけを与え、反強磁性の価値が徐々に探求されるようになったのでしょう。   反強磁性材料はイオン化や磁場の干渉の影響を受けにくく、一般的な強磁性材料よりも数桁高い固有振動数と状態遷移周波数を持っています。半導体における反強磁性秩序は、強磁性秩序よりも容易に観察されます。これらの利点により、反強磁性材料はスピントロニクスにとって魅力的な材料となります。   新世代の磁気ランダム アクセス メモリは、強磁性体への情報の書き込みおよび読み取りに電気的方法を使用します。これにより、強磁性体の耐性が低下する可能性があり、安定したデータ保存には役立たないほか、強磁性体の浮遊磁界は高度に集積化されたメモリの重大な障害となる可能性があります。思い出。対照的に、反強磁性体は正味磁化がゼロであり、浮遊磁場を生成せず、外部磁場の影響を受けません。したがって、反強磁性体ベースのメモリは強磁性メモリの問題を完全に解決し、非常に魅力的な潜在的なメモリ材料になります。     図 2: 磁気ランダム アクセス メモリ (インターネットからの画像)   反強磁性ドメインの観察 反強磁性ドメインの研究は観察技術と切り離せません。磁区を観察する一般的な手段は磁気力顕微鏡 (MFM) です。MFM では、磁気針の先端を使用して、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。X 線の吸収率がサンプルの磁場を反映するという原理に基づいています。もう 1 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。各イメージング法の技術は完璧に開発されていますが、反強磁性体の磁性が弱いためにシングルスピン検出には感度が不十分であり、反強磁性体の磁区構造を観察することは困難です。   近年、ダイヤモンドの特殊な欠陥構造である窒素空孔（NV）中心が多くの研究者の注目を集めています。NV センター走査型プローブ顕微鏡は、ダイヤモンドの NV センターを AFM プローブの先端に統合し、AFM 走査技術を組み合わせてサンプル表面の磁区結果を取得します。これには、高感度 (1 T/ Hz1/2)、空間分解能 (10 nm)、および非侵襲性。解像度 (10 nm) と非侵襲性。   ビスマスフェライト BiFeO3 (BFO) は、弱い強磁性を伴う強誘電性と反強磁性を持つマルチフェロイック材料の一種に属しており、マルチフェロイック材料の研究において現在ホットスポットの 1 つです。高分解能中性子回折研究により、BFO が 64 nm の周期を持つ空間磁気構造を持っていることが明らかになりました。2017 年に、I. Gross らは Dr.らは、NV中心走査型プローブ顕微鏡を利用して、室温でBFO膜の反強磁性配列を観察し、その実験結果では、図3に示すように、周期約70nmのスピン振り子磁気構造が観察されました。   図 3: I. Gross らによって観察された BFO 周期磁気構造 NVセンター走査型プローブ顕微鏡を使用 (画像出典: I.Gross et al. シングルスピン磁力計による非共線的反強磁性秩序の実空間イメージング、Nature、2017、549:252)   図 4: F. Aurore らによる NV 中心走査型プローブ顕微鏡を使用した反強磁性構造とスキルミオンの観察 (画像出典: F. Aurore et al. シングルスピン緩和測定による非共線的反強磁性テクスチャーのイメージング、Nature communication、2012、12:767)   さらに、2021年にはF. Auroreら。図 4 に示すように、同様に NV 中心走査型プローブ顕微鏡を使用して、合成反強磁性体の磁壁やスキルミオンなどの磁気構造を観察しました。この実験の結果は、NV 中心走査型プローブ顕微鏡技術を他の反強磁性体にも拡張できることを示唆しています。 、磁気局所スピン波を研究する新たな機会を提供します。     図 5: CuMnAs 反強磁性ドメインの NV 中心走査型プローブ顕微鏡による研究 (画像出典: MS Wörnle et al. 反強磁性ドメインの電流誘起断片化 arXiv:2019, 1912.05287)   MS Wörnle は、NV 中心走査型プローブ顕微鏡を使用して、CuMnAs 反強磁性ドメインの構造構成に対する電流パルスの影響を研究し、大きな抵抗変化が書き込み電流パルスによって誘発される磁区のナノスケールの断片化に関連していることを示しました。磁区構造の電流誘起変化は、交差形状の CuMnAs マイクロデバイスの電流密度分布を画像化することによって、不均一であることがさらに実証されました。     図 6: 反強磁性 Cr2O3 の NV 中心走査型プローブ顕微鏡 (画像出典: WS Huxter et al. シングルスピン量子磁力計による走査グラジオメトリー、arXiv:2202.09130v1)   さらに、Cr2O3 は、室温で反強磁性である、初期に報告されたマルチフェロイック材料です。2022 年に、WS Huxter ら。NV中心走査型プローブ顕微鏡の勾配走査技術を使用して、Cr2O3表面の原子ステップ上のマイクロテスラのオーダーの静磁場分布の測定画像。 &nb...