ブックタイトル日本結晶学会誌Vol60No4

概要

日本結晶学会誌Vol60No4

電子線ホログラフィーにおける位相シフト法図9に再生像の例を示す．図9aは位相分布像，bは3倍位相差増幅を行った干渉顕微鏡像（余弦像）である．MgO微結晶としては，かなり小さな結晶を観察しているが，立方体形状の稜線まで明確に再生されている．4．応用例本稿で紹介した像面偏向による位相シフト法を磁性材料（FeGa固溶体合金）へ適用した例を示しておく．観察を行ったFeGa固溶体合金は，磁気転移温度（キュリー温度）が700℃と高いだけでなく鉄よりも1桁以上大きな磁歪を示すため，広い温度範囲で大きな磁歪を活かした応用（例えば磁場駆動アクチュエータなど）などが期待されている物質である．30）図10は，Fe 0.88Ga 0.12の結晶端に現れた磁区，および磁壁の観察例である．集束イオンビーム（FIB）装置により薄膜化（厚さ約300 nm）した試料片を，1 MV電界放出形電子顕微鏡にて観察した．観察に用いた光学系は，図5に示したものである．図9aは試料片全体のローレンツ顕微鏡像で，ホログラフィー観察は赤矢印（A）で示した3つの磁区が集まる試料端で行った．bはそのホログラムの一例，cは再生された位相分布像，dは干渉顕微鏡像（磁化の方向をカラー，磁力線分布を干渉縞で表した）である．再生にあたり位相差を1/2に圧縮しているので，各磁力線の間には2h/e＝8.3×10－15 Wbの磁束が流れている．表裏2枚のホログラムによる膜厚の影響（内部電位の効果）の減算処理は実施していないが，全体に渡り比較的均一な厚さの薄膜であることと，青色で示される磁化をもつ磁区では膜の端辺にほぼ垂直に磁束線が走っていることから，図9dより本物質の磁化は約0.8Wb/m 2と見積もることができる．また90°磁壁では磁力線間隔が約30％広がっており，磁化の回転はBloch型であることをうかがわせている．本物質はまだ物性情報が十分に計測されていないが，非ジュール磁気歪という新しい効果が発見されて注目されるようになってきていることから，基本的な物性情報は短期間のうちに計測されていくであろう．5．おわりに電子波に限らず，光波やX線においても，位相分布を定量的に計測し，可視化するという課題は位相問題と呼ばれ，古くて今なお新しい課題である．電子波に関してだけでも，電子線ホログラフィー以外にも，フォーカス31変調法（能動型画像処理法）），三次元伝達関数法，32）強度輸送方程式法，33）回折顕微鏡法，34）そして走査型透過35電子顕微鏡を用いた位相差コントラスト（DPC）法）など，さまざまな手法が開発され試行されている．その中でも，本稿で説明した電子線ホログラフィーは，参照波を用いることによって参照波の位相を基準として確定的日本結晶学会誌第60巻第4号（2018）図10 FeGa結晶片の電子顕微鏡観察結Micrographs果．（of FeGa thin crystal.）（a）薄膜全体のローレンツ像，（b）ホログラムの一例，（c）位相分布像，（d）干渉顕微鏡像に位相分布を計測できる唯一の手法である．電子波の位相分布には電磁場の情報や結晶の歪場36）など，振幅分布（強度分布）には含まれない物性情報が内在されていることが知られている．しかし，位相はあくまでも相対的な値でしか求まらないもの（ホログラフィーの場合には，参照波の位相分布との差分）であり，計測された位相分布を適切な物理量に変換するには，別なる情報を加えなければならない．それには実験者の知識と経験を要する．ソフトウェアが描いてくれる結果が，正しい物理量，正しい分布を示しているとは限らないのである．実験者はコンピュータの出力を鵜呑みにするのではなく，適切な検討と的確な判断に基づき結果を評価しなければならない．これは電子線ホログラフィーに限ったことではなく，ほかの位相計測手法でも同様の注意が必要である．今後とも電子線ホログラフィーやその他の位相計測手法が発展していくことを願っている．そして，本稿がその一助になれば幸甚である．謝辞本稿で紹介した研究には下記の方々の協力を得ました．ここに記して感謝いたします．大阪府立大学：森茂生先生（磁性試料提供），理化学研究所：嶌田惠子氏（薄膜試料作製）文献1）T. Akashi et al.: Appl. Phys. Lett. 106, 074101（2015）．2）A. Tonomura: ?Electron Holography", 2 nd ed., Springer, Heidelberg,175