東京大や電子顕微鏡メーカー日本電子(東京都昭島市)などの研究チームは、独自に開発した高性能な電子顕微鏡「原子分解能磁場フリー電子顕微鏡(MARS)」を使い、磁石の起源である原子レベルの磁場を世界で初めて直接観察することに成功した。9日付の英科学誌ネイチャー電子版に発表した。
 この観察技術は磁石や磁性半導体、磁気メモリーなど、幅広い研究開発に役立つと期待される。東大の柴田直哉教授は「磁気メモリーの記憶容量を引き上げたり、電気自動車などに使われるモーターの磁石を劣化しにくくしたりできればと思う」と話している。
 今回の観察対象は鉄鉱石の一種、赤鉄鉱(ヘマタイト)結晶中の鉄原子。この結晶は鉄原子の層と酸素原子の層が交互に積み重なっている。鉄原子の層だけに注目すると、原子一つずつの磁場の向きが水平に同じ方向にそろっており、一層ごとに向きが反転している様子を観察できた。大幅に冷却すると、磁場の向きが90度回転して垂直となり、理論計算の結果と一致した。
 電子顕微鏡は通常、観察したい試料を強い磁場の中に置き、電子線を当てると、磁場が拡大レンズの役割を果たす。しかし、試料自体が磁性を持つ材料の場合はうまく観察できない問題があり、柴田教授らは2019年に拡大レンズ役の磁場を上下二段とし、試料を置く部分だけ互いの磁場を打ち消し合うMARSを開発した。その後、試料原子の電場と磁場をフィルターで分離し、磁場の微弱な信号を捉える超高感度検出器を組み合わせる工夫をした。 (C)時事通信社