JEM-Z200MF – microscope électronique à lentille objectif sans champ magnétique

Le JEM-Z200MF est un microscope électronique doté d’une lentille objectif sans champ magnétique. Cette innovation permet une observation en haute résolution sans appliquer de champ magnétique puissant aux échantillons. Ce microscope est équipé d’un correcteur d’aberration sphériques lui permettant d’acquérir des images en résolution atomique.

La lentille objectif du JEM-Z200MF se compose de deux lentilles (FOL/BOL) situées au-dessus et au-dessous de l’échantillon. Les champs magnétiques de ces deux lentilles sont annulés au niveau du plan de l’échantillon. Cette lentille d’objectif est donc sans champ et a une courte distance focale. La courte distance focale entraîne une faible aberration chromatique et une grande stabilité globale. Un champ magnétique dans la direction Z peut être appliqué à l’échantillon à l’aide de bobines intégrées.

Le JEM-Z200MF est configuré avec un système de double correcteur Cs, ce qui permet d’obtenir des images STEM et TEM à haute résolution.

Le correcteur STEM peut fonctionner selon deux modes, l’un adapté à l’observation à haute résolution, l’autre idéal pour les études DPC à haute sensibilité.

Avec le JEM-Z200MF, il est désormais possible de basculer entre le mode CV (conventionnel) pour l’observation en champ sombre/champ clair et le mode HR (haute résolution) en appuyant sur un seul bouton.

Imagerie à contraste de phase différentiel (DPC)
Les champs électriques et magnétiques peuvent être visualisés à l’aide de la méthode DPC-STEM, qui mesure les petites déviations du faisceau dues aux champs à l’intérieur de l’échantillon à l’aide de détecteurs segmentés ou mixtes.

Observation de la distribution du champ magnétique (à température ambiante) de l’hématite antiferromagnétique en utilisant le DPC STEM (résolution atomique).
La symétrie du cristal d’hématite a été utilisée pour supprimer l’information sur le champ électrique. La distribution magnétique a été visualisée en faisant la moyenne de toutes les cellules unitaires. Les couleurs indiquent la direction et l’intensité du champ magnétique.

_{Y. Kohno et. al, Nature 602, 234 (2022)}

Système Tilt-Scan
Le JEM-Z200MF est équipé d’un système de déviation du faisceau dédié qui permet de modifier l’angle d’incidence du faisceau d’électrons. L’acquisition de plusieurs images DPC STEM à différents angles d’incidence et la superposition des images individuelles réduisent l’effet du contraste de diffraction, comme indiqué ci-dessous. (DPC STEM à balayage vertical, tDPC-STEM)

Comparaison de l’image DPC TEM de Nd2Fe14B avec et sans l’utilisation du système Tilt-Scan.
Ces images ont été observées le long de l’axe de magnétisation facile. Les flèches dans les images indiquent les positions des parois des domaines.
En utilisant le système Tilt-Scan, le contraste de diffraction causé par les précipités est fortement réduit et les limites des parois des domaines peuvent être clairement observées.

La combinaison de la lentille objectif sans champ magnétique avec un système de double correcteur permet une résolution atomique STEM dans des conditions sans champ magnétique. Le mode grand angle de convergence permet l'observation STEM avec une résolution spatiale élevée de l'ordre de 0,1 nm.

_{L'encart montre une image moyennée de la cellule unitaire du joint de grain. En corrigeant l'aberration sphérique, il devient possible d'observer les joints de grains du Fe.}

_{T. Seki et. al, « Incommensurate grain-boundary atomic structure », Nature Communications 14, 7806 (2023), Fig. 1}

_{Le cercle orange affiché correspond au transfert d'information à 1Å. L'image STEM a été formée en additionnant 30 images.}

Le mode HR permet des observations TEM à plus fort grossissement dans des conditions sans champ magnétique. Associé à un correcteur d'aberration sphérique côté image, il permet d'obtenir des images TEM résolues au niveau atomique.

Images TEM haute résolution de nanoparticules de magnétite (Fe3O4).

En corrigeant l'aberration sphérique de l'objectif, l'arrangement atomique des particules magnétiques peut être étudié.

Le JEM-Z200MF permet de relier facilement les caractéristiques physiques et magnétiques de la structure. En mode CV, le plan de diffraction est confondu avec la position du diaphragme l'objectif, ce qui permet de sélectionner facilement les caractéristiques de diffraction pour générer des images en champ clair et en champ sombre de matériaux magnétiques.

_{Les dislocations ont été introduites en déformant l'échantillon de 5 % à la température de l'azote liquide.
Les cercles jaunes indiquent les positions du diaphragme objectif. Axe de zone proche de <001>.}

_{Données fournies avec l'aimable autorisation du Prof : Kazuto Arakawa, Université de Shimane.}

Avec un MET équipé d’une lentille objectif conventionnel, il est nécessaire d'éteindre l'objectif pour observer les structures de domaines magnétiques. Avec le JEM-Z200MF et sa lentille spéciale les domaines magnétiques sont facilement observés avec l'objectif normalement excité.

_{Observation de domaines magnétiques dans un film mince de permalliage (Fe22Ni78) par la méthode de Fresnel.
Les flèches noires et blanches indiquent les positions des parois des domaines.
Fig. a : État rémanent de la couche mince de permalliage.
Fig. b-d : Un champ magnétique externe est appliqué le long de l'axe Z à l'aide des bobines génératrices de champ magnétique qui entourent la lentille objectif.}

_{Échantillon reproduit avec l'aimable autorisation du Dr : Takumi Sannomiya, Institut de technologie de Tokyo.}