JP2008091312A - Phase plate for electron microscope, and its manufacturing method - Google Patents
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- H01J2237/26—Electron or ion microscopes
- H01J2237/2614—Holography or phase contrast, phase related imaging in general, e.g. phase plates
Abstract
Description
この出願の発明は、電子顕微鏡用位相板及びその製造方法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、電子線損失を防止した、新しい電子顕微鏡用位相板及びその製造方法に関するものである。 The invention of this application relates to an electron microscope phase plate and a method for manufacturing the same. More specifically, the invention of this application relates to a new phase plate for an electron microscope that prevents electron beam loss and a method for manufacturing the same.
電子顕微鏡における位相板において、従来、位相変化を与える源として物質の内部電位ポテンシャルが用いられてきた。ところが、電子が物質を透過すると電子の散乱が起こり、そのことが結像における電子線損失となり、像強度の劣化を引き起こしていた。この効果を軽減するために、この出願の発明者らは、位相板として軽元素（たとえば炭素）を用いる提案を行った（特許文献１、２）。しかしながら、このような提案によっても電子線損失の発生をなくすことはできず、１００ｋＶ以下の加速電圧では実用性に乏しかった。この電子線損失を防ぐため、静電ポテンシャル（特許文献３、４）またはベクトルポテンシャル（特許文献５）を空間的に作り出し、物質散乱による損失を防ぐ手法も提案されたが、製造上の困難性のため現在まで実用化に到っていないのが実情である。
この出願の発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、電子線損失をより効果的に防止し、低圧から高圧までの広範囲の加速電圧に適用可能で、製造上の困難性を伴わず、実用化が可能で高コントラストの像を得ることを可能とする電子顕微鏡用位相板及びその製造方法を提供することを課題とする。 The invention of this application has been made in view of such a state of the art, and more effectively prevents electron beam loss, can be applied to a wide range of acceleration voltages from low voltage to high voltage, and is difficult to manufacture. An object of the present invention is to provide a phase plate for an electron microscope that can be put into practical use and can obtain a high-contrast image and a method for manufacturing the same.
この出願の発明は、上記課題を解決するものとして、第１には、開口部を有する支持体の該開口部に、磁性体細線リングの一部または磁性体細線棒を架橋させてなり、前記磁性体細線リングまたは磁性体細線棒がベクトルポテンシャルを生成し、磁性体細線リングの架橋している部分または磁性体細線棒の左右両側をそれぞれ通過する電子線間に位相差を形成させることを特徴とする電子顕微鏡用位相板を提供する。 In order to solve the above problems, the invention of this application is, firstly, formed by bridging a part of a magnetic thin wire ring or a magnetic thin wire rod to the opening of a support having an opening, The magnetic thin wire ring or magnetic thin wire rod generates a vector potential, and a phase difference is formed between electron beams passing through the cross-linked portion of the magnetic thin wire ring or the left and right sides of the magnetic thin wire rod. A phase plate for an electron microscope is provided.
また、第２には、上記第１の発明において、架橋された磁性体細線の左右両側を通過する電子線間の位相差が、前記磁性体細線の断面積の大きさの調整により特定の値に制御されていることを特徴とする電子顕微鏡用位相板を提供する。 Second, in the first invention, the phase difference between the electron beams passing through the left and right sides of the cross-linked magnetic thin wire is a specific value by adjusting the size of the cross-sectional area of the magnetic thin wire. A phase plate for an electron microscope is provided.
また、第３には、上記第１の発明において、架橋された磁性体細線の左右両側を通過する電子線間の位相差が、前記磁性体細線の飽和磁化の大きさの調整により特定の値に制御されていることを特徴とする電子顕微鏡用位相板を提供する。 Thirdly, in the first invention, the phase difference between the electron beams passing through the left and right sides of the cross-linked magnetic thin wire is set to a specific value by adjusting the saturation magnetization of the magnetic thin wire. A phase plate for an electron microscope is provided.
また、第４には、上記第３の発明において、前記磁性体細線リングまたは磁性体細線棒の飽和磁化の調整が、温度制御により行われていることを特徴とする電子顕微鏡用位相板を提供する。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the phase plate for an electron microscope according to the third aspect, wherein the saturation magnetization of the magnetic thin wire ring or the magnetic thin wire rod is adjusted by temperature control. To do.
また、第５には、上記第２から第４のいずれかの発明において、前記電子線間の位相差の値がπであることを特徴とする電子顕微鏡用位相板を提供する。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the electron microscope phase plate according to any one of the second to fourth aspects, wherein the phase difference value between the electron beams is π.
また、第６には、上記第１から第５のいずれかの発明において、前記磁性体細線リングがパーマロイにより形成されていることを特徴とする電子顕微鏡用位相板を提供する。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the phase plate for an electron microscope according to any one of the first to fifth aspects, wherein the magnetic thin wire ring is formed of permalloy.
また、第７には、上記第１から第６のいずれかの発明において、前記磁性体細線リングの平面形状が矩形形状であることを特徴とする電子顕微鏡用位相板を提供する。 According to a seventh aspect of the invention, there is provided the phase plate for an electron microscope according to any one of the first to sixth aspects, wherein the planar shape of the magnetic thin wire ring is a rectangular shape.
また、第８には、上記第１から第６のいずれかの発明において、前記磁性体細線リングの平面形状が半円形状であることを特徴とする電子顕微鏡用位相板を提供する。 According to an eighth aspect of the present invention, there is provided the phase plate for an electron microscope according to any one of the first to sixth aspects, wherein the planar shape of the magnetic thin wire ring is a semicircular shape.
また、第９には、上記第１から第５のいずれかの発明において、前記磁性体細線棒が高抗磁率を持つ永久磁石より形成されていることを特徴とする電子顕微鏡用位相板を提供する。 According to a ninth aspect of the invention, there is provided the phase plate for an electron microscope according to any one of the first to fifth aspects, wherein the magnetic thin wire rod is formed of a permanent magnet having a high coercivity. To do.
また、第１０には、上記第１から第９のいずれかの発明において、前記支持体が、炭素薄膜、貴金属薄膜などの非磁性耐酸化性導電性薄膜であることを特徴とする電子顕微鏡用位相板を提供する。 Tenthly, in any one of the first to ninth inventions, the support is a nonmagnetic oxidation-resistant conductive thin film such as a carbon thin film or a noble metal thin film. A phase plate is provided.
また、第１１には、上記第１から第９のいずれかの発明において、前記支持体が、シリコン薄膜と、炭素薄膜、貴金属薄膜などの非磁性耐酸化性導電性薄膜との貼り合わせ薄膜であることを特徴とする電子顕微鏡用位相板を提供する。 Eleventhly, in any one of the first to ninth inventions, the support is a thin film bonded with a silicon thin film and a nonmagnetic oxidation-resistant conductive thin film such as a carbon thin film or a noble metal thin film. A phase plate for an electron microscope is provided.
また、第１２には、開口部を有する支持体の該開口部に、磁性体細線リングの一部を架橋させてなり、前記磁性体細線リングがベクトルポテンシャルを生成し、磁性体細線リングの架橋している部分の左右両側をそれぞれ通過する電子線間に位相差を形成させる電子顕微鏡用位相板の製造方法であって、前記磁性体細線リング作製に関する以下の各ステップを備えることを特徴とする電子顕微鏡用位相板の製造方法を提供する。
（ａ１）マイカなどの基材上に炭素薄膜を形成するステップ、
（ｂ１）炭素薄膜の上にシリコン薄膜を形成するステップ、
（ｃ１）シリコン薄膜の上にレジスト膜を形成するステップ、
（ｄ１）レジスト膜の上に電子線リソグラフィー法またはフォーカスイオンビーム法で複数のリング状溝を形成し、リング状にレジストを除くステップ、
（ｅ１）複数のリング状溝を持ったレジスト膜全体に磁性体膜を堆積するステップ、
（ｆ１）複数の磁性体リングを残し、不要なレジスト膜を磁性体膜とともに取り除くステップ、
（ｇ１）炭素シリコン複合薄膜及びその上の複数の磁性体リングよりなる構造体を、水面剥離により基材から剥離させるステップ、
（ｈ１）電子顕微鏡用グリッドで、前記構造体をすくい取るステップ、及び
（ｉ１）電子顕微鏡用グリッド上の前記構造体の特定の磁性体片に対し、フォーカスイオンビーム法を用いて加工することにより、電子線が通過する穴を有する磁性体細線リングを形成するステップ。
In the twelfth aspect, a part of the magnetic thin wire ring is cross-linked to the opening of the support having the opening, and the magnetic thin wire ring generates a vector potential, thereby bridging the magnetic thin wire ring. A method of manufacturing a phase plate for an electron microscope that forms a phase difference between electron beams that pass through both the left and right sides of a portion that is being provided, comprising the following steps relating to the production of the magnetic thin wire ring: A method of manufacturing a phase plate for an electron microscope is provided.
(A1) forming a carbon thin film on a substrate such as mica;
(B1) forming a silicon thin film on the carbon thin film;
(C1) forming a resist film on the silicon thin film;
(D1) forming a plurality of ring-shaped grooves on the resist film by an electron beam lithography method or a focus ion beam method, and removing the resist in a ring shape;
(E1) depositing a magnetic film on the entire resist film having a plurality of ring-shaped grooves;
(F1) leaving a plurality of magnetic rings and removing an unnecessary resist film together with the magnetic film;
(G1) peeling the structure composed of the carbon-silicon composite thin film and a plurality of magnetic rings thereon from the base material by water surface peeling,
(H1) a step of scooping up the structure with an electron microscope grid; and (i1) processing a specific magnetic piece of the structure on the electron microscope grid using a focused ion beam method. And forming a magnetic thin wire ring having a hole through which an electron beam passes.
また、第１３には、開口部を有する支持体の該開口部に、磁性体細線リングの一部を架橋させてなり、前記磁性体細線リングがベクトルポテンシャルを生成し、磁性体細線リングの架橋している部分の左右両側をそれぞれ通過する電子線間に位相差を形成させる電子顕微鏡用位相板の製造方法であって、前記磁性体細線リング作製に関する以下の各ステップを備えることを特徴とする電子顕微鏡用位相板の製造方法を提供する。
（ａ２）シリコンなどの基材上にシリカ（ＳｉＯ２）薄膜を形成するステップ、
（ｂ２）シリカ薄膜の上に貴金属膜または炭素薄膜を形成するステップ、
（ｃ２）貴金属膜または炭素薄膜の上にレジスト膜を形成するステップ、
（ｄ２）レジスト膜の上に電子線リソグラフィー法またはフォーカスイオンビーム法で複数のリング状溝を形成し、リング状にレジストを除くステップ、
（ｅ２）複数のリング状溝を持ったレジスト膜全体に磁性体膜を堆積するステップ、
（ｆ２）複数の磁性体リングを残し、レジスト膜を磁性体膜とともに取り除くステップ、
（ｇ２）複数の磁性体リングの保護膜としてリングを包埋する炭素薄膜を形成するステップ
（ｈ２）複合炭素シリコン複合薄膜とその中に包埋された複数の磁性体リングよりなる構造体を、フッ化水素溶液に浸漬し、シリカ層溶出剥離により基材から剥離させるステップ、
（ｉ２）電子顕微鏡用グリッドで、前記構造体をすくい取るステップ、及び
（ｊ２）電子顕微鏡用グリッド上の前記構造体の特定の磁性体片に対し、フォーカスイオンビーム法を用いて加工することにより、電子線が通過する穴を有する磁性体細線リングを形成するステップ。
In a thirteenth aspect, a part of the magnetic thin wire ring is cross-linked to the opening of the support having an opening, and the magnetic thin wire ring generates a vector potential, thereby bridging the magnetic thin wire ring. A method of manufacturing a phase plate for an electron microscope that forms a phase difference between electron beams that pass through both the left and right sides of a portion that is being provided, comprising the following steps relating to the production of the magnetic thin wire ring: A method of manufacturing a phase plate for an electron microscope is provided.
(A2) forming a silica (SiO 2 ) thin film on a substrate such as silicon;
(B2) forming a noble metal film or a carbon thin film on the silica thin film;
(C2) forming a resist film on the noble metal film or carbon thin film;
(D2) forming a plurality of ring-shaped grooves on the resist film by an electron beam lithography method or a focus ion beam method, and removing the resist in a ring shape;
(E2) depositing a magnetic film on the entire resist film having a plurality of ring-shaped grooves;
(F2) leaving a plurality of magnetic rings and removing the resist film together with the magnetic film;
(G2) Step of forming a carbon thin film embedding the ring as a protective film for a plurality of magnetic rings (h2) A structure comprising a composite carbon silicon composite thin film and a plurality of magnetic rings embedded therein, A step of immersing in a hydrogen fluoride solution and separating from the substrate by elution peeling of the silica layer;
(I2) a step of scooping up the structure with an electron microscope grid; and (j2) processing a specific magnetic piece of the structure on the electron microscope grid using a focused ion beam method. And forming a magnetic thin wire ring having a hole through which an electron beam passes.
また、第１４には、開口部を有する支持体の該開口部に、磁性体細線棒を架橋させてなり、前記磁性体細線棒がベクトルポテンシャルを生成し、前記磁性体細線棒の左右両側をそれぞれ通過する電子線間に位相差を形成させる電子顕微鏡用位相板の製造方法であって、前記磁性体細線棒作製に関する以下の各ステップを備えることを特徴とする電子顕微鏡用位相板の製造方法を提供する。
（ａ３）５０ｎｍ〜１μｍの径を有し１０〜１０００μｍの長さを持つ金属細線を準備するステップ、
（ｂ３）金属細線を実体顕微鏡下の操作で支持体の開口部に架橋させるステップ、
（ｃ３）架橋された金属細線の支持体側の両端を支持体に固定させるステップ、及び
（ｄ３）両端が固定された金属細線に高抗磁率磁性体を厚みを制御しながら蒸着し磁性体薄膜を形成するステップ。
In the fourteenth aspect, a magnetic thin wire rod is bridged to the opening of the support having an opening, the magnetic thin wire rod generates a vector potential, and the left and right sides of the magnetic thin wire rod A method of manufacturing a phase plate for an electron microscope for forming a phase difference between electron beams passing therethrough, comprising the following steps relating to the production of the magnetic thin wire rod: I will provide a.
(A3) preparing a fine metal wire having a diameter of 50 nm to 1 μm and a length of 10 to 1000 μm;
(B3) a step of bridging the fine metal wire to the opening of the support by an operation under a stereomicroscope;
(C3) fixing both ends of the cross-linked metal wire on the support side to the support; and (d3) depositing a high coercivity magnetic material on the metal wire to which both ends are fixed while controlling the thickness to form a magnetic thin film. Forming step.
また、第１５には、開口部を有する支持体の該開口部に、磁性体細線棒を架橋させてなり、前記磁性体細線棒がベクトルポテンシャルを生成し、前記磁性体細線棒の左右両側をそれぞれ通過する電子線間に位相差を形成させる電子顕微鏡用位相板の製造方法であって、前記磁性体細線棒作製に関する以下の各ステップを備えることを特徴とする電子顕微鏡用位相板の製造方法を提供する。
（ａ４）１０ｎｍ〜１μｍの径を有する生物由来の線条重合蛋白質を単離するステップ、
（ｂ４）単離した線条重合蛋白質を再構成調整し、１０〜１０００μｍの長さの線条蛋白質を含む水溶液サンプルを準備するステップ、
（ｃ４）開口部を多数持つメッシュ様支持体に上記の線条重合蛋白質の顕濁液を一滴のせ、水流を作るようにろ紙で吸い取るステップ、
（ｄ４）流れにより一方向に並んだ線条重合蛋白質が支持体の開口を架橋していることを低温電子顕微鏡で確認するステップ、
（ｅ４）確認された線条重合蛋白質が架橋している支持体を凍結乾燥するステップ、
（ｆ４）架橋した多数の線条重合蛋白質のうち磁性体細線の土台として用いるもの以外をフォーカスイオンビーム法を用いて除去するステップ、及び
（ｇ４）線条重合蛋白質が架橋している支持体に線条重合蛋白質とともに高抗磁率磁性体を厚みを制御しながら蒸着して磁性体薄膜を形成するステップ。
In the fifteenth aspect, a magnetic thin wire rod is bridged to the opening of the support having an opening, and the magnetic thin wire rod generates a vector potential, and the left and right sides of the magnetic thin wire rod A method of manufacturing a phase plate for an electron microscope for forming a phase difference between electron beams passing through the electron beam, the method comprising: I will provide a.
(A4) a step of isolating an organism-derived filamentous polymerized protein having a diameter of 10 nm to 1 μm;
(B4) reconstituting and adjusting the isolated striated polymerized protein to prepare an aqueous solution sample containing striated protein having a length of 10 to 1000 μm;
(C4) placing a drop of the above-mentioned striae polymerized protein suspension on a mesh-like support having a large number of openings, and sucking with a filter paper so as to form a water flow;
(D4) a step of confirming with a cryo-electron microscope that the linear polymerized proteins aligned in one direction by the flow crosslink the opening of the support;
(E4) a step of freeze-drying the support on which the confirmed linear polymerized protein is crosslinked,
(F4) a step of removing a cross-linked many linear polymerized proteins other than those used as a base of a magnetic thin wire by using a focus ion beam method, and (g4) a support on which the linear polymerized protein is cross-linked A step of forming a magnetic thin film by vapor-depositing a high coercivity magnetic material together with a linear polymerized protein while controlling the thickness.
また、第１６には、開口部を有する支持体の該開口部に、磁性体細線棒を架橋させてなり、前記磁性体細線棒がベクトルポテンシャルを生成し、前記磁性体細線棒の左右両側をそれぞれ通過する電子線間に位相差を形成させる電子顕微鏡用位相板の製造方法であって、前記磁性体細線棒作製に関する以下の各ステップを備えることを特徴とする電子顕微鏡用位相板の製造方法を提供する。
（ａ５）１０ｎｍ〜１μｍの径を有し水中での分散性を保持した分散性カーボンナノチューブを準備するステップ、
（ｂ５）単離した分散性カーボンナノチューブを調整し、１０〜１０００μｍの長さの分散性カーボンナノチューブを含む水溶液を準備するステップ、
（ｃ５）開口部を多数持つメッシュ様支持体に上記の分散性カーボンナノチューブを含む水溶液を一滴のせ、水流を作るようにろ紙で吸い取るステップ、
（ｄ５）流れにより一方向に並んだ分散性カーボンナノチューブが支持体の開口を架橋していることを顕微鏡で確認するステップ、
（ｅ５）確認された多数の分散性カーボンナノチューブよりなる支持体を乾燥するステップ、
（ｆ５）架橋した多数の分散性カーボンナノチューブのうち磁性体細線の土台として用いるもの以外をフォーカスイオンビーム法を用いて除去するステップ、及び
（ｇ５）分散性カーボンナノチューブが架橋している支持体に分散性カーボンナノチューブとともに高抗磁率磁性体を厚みを制御しながら蒸着して磁性体薄膜を形成するステップ。
In the sixteenth aspect, a magnetic thin wire rod is bridged to the opening of the support having an opening, the magnetic thin wire rod generates a vector potential, and the left and right sides of the magnetic thin wire rod A method of manufacturing a phase plate for an electron microscope for forming a phase difference between electron beams passing through the electron beam, the method comprising: I will provide a.
(A5) preparing a dispersible carbon nanotube having a diameter of 10 nm to 1 μm and retaining dispersibility in water;
(B5) adjusting the isolated dispersible carbon nanotubes and preparing an aqueous solution containing dispersible carbon nanotubes having a length of 10 to 1000 μm;
(C5) placing a drop of the aqueous solution containing the dispersible carbon nanotubes on a mesh-like support having a large number of openings, and sucking with a filter paper so as to form a water flow;
(D5) a step of confirming with a microscope that dispersible carbon nanotubes aligned in one direction by a flow bridge the opening of the support;
(E5) drying the support made of a large number of confirmed dispersible carbon nanotubes;
(F5) a step of removing a cross-linked many dispersible carbon nanotubes other than those used as a base of a magnetic thin wire by using a focus ion beam method, and (g5) a support on which the dispersible carbon nanotube is cross-linked A step of forming a magnetic thin film by depositing a high coercivity magnetic body together with dispersible carbon nanotubes while controlling the thickness.
さらに、第１７には、上記第１２から第１６のいずれかの発明において、全工程修了後、電子線が誘起する帯電を防止するのため位相板両面を炭素薄膜、貴金属薄膜などの非磁性耐酸化性導電性薄膜でコーティングすることを特徴とする電子顕微鏡用位相板の製造方法を提供する。 Furthermore, according to the seventeenth aspect, in any one of the twelfth to sixteenth inventions, after completion of all the steps, both surfaces of the phase plate are coated with a non-magnetic acid resistant material such as a carbon thin film or a noble metal thin film in order to prevent charging induced by an electron beam. Provided is a method for manufacturing a phase plate for an electron microscope, which is characterized by coating with a curable conductive thin film.
この出願の発明によれば、ベクトルポテンシャルを利用して電子線の位相制御を行うようにしたので、電子線を遮る物質がほとんどなく、電子線損失をより効果的に防止し、低圧から高圧までの広範囲の加速電圧に適用可能で、高コントラストの像を得ることが可能な電子顕微鏡用位相板及びその製造方法を提供することが可能となる。 According to the invention of this application, since the phase control of the electron beam is performed using the vector potential, there is almost no substance that blocks the electron beam, and the electron beam loss is more effectively prevented, from low pressure to high pressure. Therefore, it is possible to provide a phase plate for an electron microscope that can be applied to a wide range of acceleration voltages and can obtain a high-contrast image, and a method for manufacturing the same.
この出願の発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態について説明する。 The invention of this application has the features as described above, and an embodiment thereof will be described below.
この出願の発明の電子顕微鏡用位相板は、開口部を有する支持体の該開口部に、磁性体細線リングの一部または磁性体細線棒を架橋させてなり、前記磁性体細線リングまたは磁性体細線棒がベクトルポテンシャルを生成し、磁性体細線リングの架橋している部分または磁性体細線棒の両側をそれぞれ通過する電子線間に位相差を形成させることを特徴とするものである。 The phase plate for an electron microscope according to the invention of this application is obtained by bridging a part of a magnetic thin wire ring or a magnetic thin wire rod to the opening of a support having an opening. The thin wire rod generates a vector potential, and a phase difference is formed between the cross-linked portion of the magnetic thin wire ring or the electron beams passing through both sides of the magnetic thin wire rod.
例えば特許文献２に示す従来の位相板では、物質の作り出す内部静電ポテンシャルによる位相シフトを利用していたが、この出願の発明の位相板では、ベクトルポテンシャルによる電子波の位相シフトを利用する。そのために、この出願の発明の位相板では、ベクトルポテンシャルを作り出す磁束を作る。この磁束は高透磁率を持つ磁性体細線内に細線長軸方向に封じ込められたものとして実現される。 For example, in the conventional phase plate shown in Patent Document 2, the phase shift due to the internal electrostatic potential produced by the substance is used. However, the phase plate according to the invention of this application uses the phase shift of the electron wave due to the vector potential. Therefore, the phase plate of the invention of this application creates a magnetic flux that creates a vector potential. This magnetic flux is realized as being confined in the long axis direction of a thin wire within a magnetic thin wire having a high magnetic permeability.
磁束を生成する磁性体としては、高透磁率を有するものであれば各種のものの使用が可能であるが、磁性体細線リングの閉回路には軟磁性を持つパーマロイが、磁性体細線棒には高抗磁率を持つ永久磁石が使用される。磁束は磁性体細線の長軸方向に生成されるがパーマロイリング閉回路の場合は外部磁場による強制磁化が困難なので自発磁化が利用され、磁性体細線棒では強力な外部磁場による磁化法が適用される。磁束の大きさがベクトルポテンシャルの大きさ、従って位相差を決める。磁束の大きさの制御は磁性体細線の断面積及び磁性体飽和磁化の制御で行う。 Various magnetic materials can be used as long as they have a high magnetic permeability, but permalloy with soft magnetism is used for the closed circuit of the magnetic wire ring, and magnetic material for the magnetic material wire rod. Permanent magnets with high coercivity are used. Magnetic flux is generated in the long axis direction of the magnetic thin wire, but in the case of a permalloy ring closed circuit, forced magnetization by an external magnetic field is difficult, so spontaneous magnetization is used, and in the magnetic thin wire rod, a magnetization method using a strong external magnetic field is applied. The The magnitude of the magnetic flux determines the magnitude of the vector potential and hence the phase difference. The magnitude of the magnetic flux is controlled by controlling the cross-sectional area of the magnetic thin wire and the magnetic saturation magnetization.
支持体としては、非磁性安定薄膜、たとえば炭素薄膜、シリコン薄膜、貴金属薄膜またはそれらの貼り合わせ膜を用いることができる。支持体の膜厚は１００ｎｍ〜１００μｍ程度である。 As the support, a nonmagnetic stable thin film such as a carbon thin film, a silicon thin film, a noble metal thin film, or a bonded film thereof can be used. The film thickness of the support is about 100 nm to 100 μm.
この出願の発明の位相板では、磁性体細線の左右両側を通過する電子線の位相差は、磁性体細線の断面積の大きさの調整により特定の値に制御させることができる。たとえばパーマロイ、コバルトなどの強磁性体では、室温付近で断面積２，０００ｎｍ２で位相差はπとなる。そして、位相差をπとした場合には、ヒルベルト微分法による位相板となる。 In the phase plate of the invention of this application, the phase difference between the electron beams passing through the left and right sides of the magnetic thin wire can be controlled to a specific value by adjusting the size of the cross-sectional area of the magnetic thin wire. For example, in the case of ferromagnetic materials such as permalloy and cobalt, the phase difference is π at a cross-sectional area of 2,000 nm 2 near room temperature. When the phase difference is π, the phase plate is based on the Hilbert differential method.
この位相板による位相差は、断面積の他、磁性体細線の飽和磁化の大きさの調整によっても特定の値に制御することができる。この場合、磁性体細線の飽和磁化の調整は、キュリー法則を利用して温度制御により行うことができる。 The phase difference due to the phase plate can be controlled to a specific value by adjusting the saturation magnetization of the magnetic thin wire in addition to the cross-sectional area. In this case, the saturation magnetization of the magnetic thin wire can be adjusted by temperature control using the Curie law.
ここで、この出願の発明による位相板を用いた無損失位相差法の概念を特許文献２に記載した炭素膜を利用した有損失位相差法と比較して、図１に示す。図１の（ａ）が有損失位相差法、（ｂ）が無損失位相差法の概念図である。 Here, the concept of the lossless phase difference method using the phase plate according to the invention of this application is shown in FIG. 1 in comparison with the lossy phase difference method using the carbon film described in Patent Document 2. 1A is a conceptual diagram of a lossy phase difference method, and FIG. 1B is a conceptual diagram of a lossless phase difference method.
図１の（ａ）の従来の有損失位相板法は、πの位相変化（半波長分の位相おくれ）を与える炭素膜位相板を用いた位相差法であり、光学鎖微鏡の微分干渉法に相当する方法である。円形開口（絞り穴）を有する支持体の上に、この円形開口の約半分を覆うように炭素膜を設けて位相板が形成され、πの位相シフトを与えるために加速電圧に依存して炭素膜の厚さを変えて作られている。たとえば加速電圧が３００ｋＶの電子顕微鏡に適用する場合、約６０ｎｍ厚の炭素薄膜が絞り穴の半分を覆うように設けられる。しかし、このような構成においては、炭素膜を通過するとき散乱による損失が起こり、像強度は半分近くに減衰し、改善の余地があった。 The conventional lossy phase plate method of FIG. 1A is a phase difference method using a carbon film phase plate that gives a phase change of π (a phase shift corresponding to a half wavelength), and differential interference of an optical chain micromirror. It is a method equivalent to the law. A phase plate is formed on a support having a circular opening (aperture hole) by providing a carbon film so as to cover approximately half of the circular opening, and carbon depending on the acceleration voltage to give a phase shift of π. It is made by changing the thickness of the film. For example, when applied to an electron microscope having an acceleration voltage of 300 kV, a carbon thin film having a thickness of about 60 nm is provided so as to cover half of the aperture hole. However, in such a configuration, there is a loss due to scattering when passing through the carbon film, the image intensity is attenuated to almost half, and there is room for improvement.
図１の（ｂ）は、このような問題点を解決するもので、磁性体細線を位相差生成に利用したこの出願の発明による無損失位相差法である。開口（絞り穴）を有する支持体の上に、磁性体細線が架橋形成されている。この無損失位相差法で利用する位相板の構造については以下にさらに詳述する。 FIG. 1B solves such a problem, and is a lossless phase difference method according to the invention of this application using a magnetic thin wire for phase difference generation. Magnetic thin wires are cross-linked on a support having an opening (aperture hole). The structure of the phase plate used in the lossless phase difference method will be described in detail below.
まず、この出願の発明において利用するベクトルポテンシャルについて述べる。ベクトルポテンシャルによる電子波の位相シフトはアハラノフ・ボーム効果（以下、ＡＢ効果と称する）として知られており、１９５９年にY. AharanovとD. Bhoｍにより理論的に予言された。その完全実証は日立製作所の外村彰氏により電子線ホログラフイーを用いて１９８０年代に報告された。この現象を利用した電子顕微鏡用位相板のアイデアは１９８５年にゼルニケ位相板として出願されたが特許化に到らなかった（特許文献４）。ゼルニケ位相板のデザインが製作を困難にしていたためである。この出願の発明では、この製作上の問題をヒルベルト微分位相板のデザインを用いることにより解決する。 First, the vector potential used in the invention of this application will be described. The phase shift of the electron wave due to the vector potential is known as the Aharanov-Bohm effect (hereinafter referred to as the AB effect), and was theoretically predicted in 1959 by Y. Aharanov and D. Bhom. The full demonstration was reported in the 1980s by Akira Tonomura of Hitachi, Ltd. using electron beam holography. The idea of a phase plate for an electron microscope using this phenomenon was filed as a Zernike phase plate in 1985, but was not patented (Patent Document 4). This is because the design of the Zernike phase plate made it difficult to manufacture. The invention of this application solves this fabrication problem by using a Hilbert differential phase plate design.
図２は磁性体細線棒によるＡＢ効果の説明図であり、（ａ）が正面図、（ｂ）が側面図である。図中Ａがベクトルポテンシャル、Ｂが磁束である。 2A and 2B are explanatory views of the AB effect by the magnetic thin wire rod, where FIG. 2A is a front view and FIG. 2B is a side view. In the figure, A is the vector potential and B is the magnetic flux.
図２に示すように磁束が作り出すベクトルポテンシャルＡにより、磁性体細線の左右両側で電子波への影響に差が生じる。その差は電子波の位相のずれΔθとして現れる。左右の位相のずれ位相差Δθは磁性体細線近くでは一定である。図２（ｂ）には、閉ループリング状と棒状の磁性体細線が示されているが、磁束が封じ込められた閉ループでは、内外の位相差が場所によらず一定という特性がある。この点、棒状磁性体では磁束もれがあるため棒の中心近傍のみが位相差一定となる。特に磁性体細線からの磁束もれが無視できる領域では、その差が下記数（１）で与えられる。 As shown in FIG. 2, the vector potential A generated by the magnetic flux causes a difference in the influence on the electron wave on the left and right sides of the magnetic thin wire. The difference appears as a phase shift Δθ of the electron wave. The phase difference Δθ between the left and right phases is constant near the magnetic thin wire. FIG. 2B shows a closed loop ring-shaped and rod-shaped magnetic thin wire, but in the closed loop in which the magnetic flux is confined, there is a characteristic that the phase difference between the inside and outside is constant regardless of the location. In this respect, since the magnetic flux leaks in the rod-shaped magnetic body, only the vicinity of the center of the rod has a constant phase difference. In particular, in a region where magnetic flux leakage from the magnetic thin wire can be ignored, the difference is given by the following number (1).
外村氏は外径数μｍの大きさの磁性体細線リングを用いて、リングの内側位相θｉｎと外側位相θｏｕｔが一様かつその差Δθは磁束密度Ｂの積分である磁束Φｔｏｔａｌに比例することを確かめた。 Mr. Tonomura uses a magnetic thin wire ring with an outer diameter of several μm, the inner phase θ in and the outer phase θ out of the ring are uniform, and the difference Δθ is a magnetic flux Φ total which is an integral of the magnetic flux density B. It was confirmed that it was proportional.
図２に示すＡＢ効果は電子顕微鏡における位相板として理想的である。まず位相の変化が自由空間に広がるベクトルポテンシャルによりなされるので、モノを通過するときに付随する電子線損失がない。磁性体細線左右の位相差は電子線の加速電圧に依存せず、磁性体に閉じ込められた磁束の大きさのみに依存する。またπの位相を作り出すのに必要な磁束Φｔｏｔａｌが極めて小さいので、磁性体細線は極めて細くでき、その大きさを事実上無視でき、電子線を邪魔しない。さらに磁性体細線を含め支持体全体を導電物質で被覆することは容易で、そのことにより位相板の帯電問題が回避される。 The AB effect shown in FIG. 2 is ideal as a phase plate in an electron microscope. First, since the phase change is made by the vector potential spreading in free space, there is no electron beam loss associated with passing through the object. The phase difference between the left and right magnetic thin wires does not depend on the acceleration voltage of the electron beam, but only on the magnitude of the magnetic flux confined in the magnetic material. Further, since the magnetic flux Φ total necessary for creating the phase of π is extremely small, the magnetic thin wire can be made extremely thin, the size thereof can be virtually ignored, and the electron beam is not disturbed. Furthermore, it is easy to coat the entire support including the magnetic thin wire with a conductive material, thereby avoiding the problem of charging the phase plate.
外村氏が行った磁性体細線リングを用いたＡＢ効果実証実験は、小さな中心穴を持つゼルニケ位相差法にすぐに適用可能だが（特許文献４）、この方法は、特許文献３に示す作製法の技術と同じように開口部中心に超微小リングを作製することが困難であった。こうした作製上の困難のため比較的大きなリングしか出来ず、位相差法の実効性が疑問であった。 The AB effect demonstration experiment using the magnetic thin wire ring performed by Mr. Tonomura is immediately applicable to the Zernike phase difference method having a small center hole (Patent Document 4). As with the technique of the method, it was difficult to fabricate an ultra-fine ring at the center of the opening. Because of these difficulties in fabrication, only a relatively large ring was possible, and the effectiveness of the phase difference method was questionable.
そこで、この出願の発明者らは、図１（ｂ）に示すような単純な構造の位相板とすることにした。この位相板は、ゼルニケ位相差法と同等の効果を持ったヒルベルト微分法によるもので、磁性体細線で実現するものである。その詳細について図３に示す。 Therefore, the inventors of this application decided to use a phase plate having a simple structure as shown in FIG. This phase plate is based on the Hilbert differential method having the same effect as the Zernike phase difference method, and is realized by a magnetic thin wire. The details are shown in FIG.
図３に示すように、この位相板（１１）は、絞り穴（１２）を有し、支持橋（１３）が形成された支持体（１４）の上に、リング状または棒状の磁性体細線（１５）を設けた構造を有する。（１６）は温度制御機構である。磁性体細線（１５）の幅は５０ｎｍ〜１μｍ程度、厚さは１０〜５０ｎｍ程度、断面積は２，０００ｎｍ２以上でその上限は５，０００ｎｍ２程度である。 As shown in FIG. 3, this phase plate (11) has a throttle hole (12) and is formed on a support (14) on which a support bridge (13) is formed. (15) is provided. (16) is a temperature control mechanism. Width about 50nm~1μm the magnetic thin wire (15), a thickness of about 10 to 50 nm, the upper limit in the cross-sectional area is 2,000 nm 2 or more is about 2 5,000 nm.
たとえば、パーマロイを磁性体（１５）として用いた場合、パーマロイの飽和磁化は常温で約１Ｗｂ／ｍ２なので、式（１）よりπシフトの場合、断面積は以下のように約２，０００ｎｍ２と見積もることができる。なおＳは磁性体細線の断面積、Ｂｓは飽和磁化による磁束密度である。 For example, when permalloy is used as the magnetic material (15), the saturation magnetization of permalloy is about 1 Wb / m 2 at room temperature, and therefore, in the case of a π shift from equation (1), the cross-sectional area is about 2,000 nm 2 as follows. Can be estimated. Note S is the cross-sectional area of the magnetic thin wire, B s is the flux density due to the saturation magnetization.
実際の磁性体細線リング作製では断面積を正確に２，０００ｎｍ２に設定せず、多少大きめに作製することができる。その理由は、位相板（１１）を高温（３００〜１２００℃程度）に固定保持する機構（１６）を設ければ、キュリー法則を用いて飽和磁化を１Ｗｂ／ｍ２より小さい任意の値に設定できるからである。逆に適当な温度設定により、正確なπシフトに調節することが可能である。温度制御機構（１６）としては、例えば既に市販されている電子顕微鏡用温度制御ステージ等を用いることができる。 In the actual production of the magnetic thin wire ring, the cross-sectional area is not accurately set to 2,000 nm 2 and can be produced somewhat larger. The reason is that if a mechanism (16) for fixing and holding the phase plate (11) at a high temperature (about 300 to 1200 ° C.) is provided, the saturation magnetization is set to an arbitrary value smaller than 1 Wb / m 2 using the Curie law. Because it can. On the contrary, it is possible to adjust to an accurate π shift by appropriate temperature setting. As the temperature control mechanism (16), for example, a commercially available temperature control stage for an electron microscope can be used.
次に、磁性体細線リングの加工および支持体への移送方法を詳述する。
パーマロイを用いた磁性体リングの作製方法について、既に報告されている方法（非特許文献１：S.Kasai et al.,“Aharanov-Bohm Oscillation of resistance observed in a ferromagnetic Fe-Ni nanoring”, Appl. Phys. Lett. 81 (2002) 316-318）を利用することができる。ただし、この出願の発明による位相板における磁性体細線リングの作製には構造上の特殊性のため、その製作過程には新しい工夫が必要である。それは、磁性体細線リングがナノメートルの太さのため壊れやすく、例えばシリコンウェハ上からはがし、絞り穴の上に移送するといった工程が簡単に出来ないためである。この出願の発明では、このことを解決するため、次の２つの方法を提案する。
Next, the processing of the magnetic thin wire ring and the transfer method to the support will be described in detail.
A method for producing a magnetic ring using permalloy has been reported (Non-Patent Document 1: S. Kasai et al., “Aharanov-Bohm Oscillation of Resistance observed in a conjugated Fe-Ni nanoring”, Appl. Phys. Lett. 81 (2002) 316-318). However, the manufacturing process of the magnetic thin wire ring in the phase plate according to the invention of this application requires a new contrivance in the manufacturing process because of the structural speciality. This is because the magnetic thin wire ring is fragile because of its nanometer thickness, and for example, a process of peeling from a silicon wafer and transferring it onto a restriction hole cannot be easily performed. In order to solve this problem, the invention of this application proposes the following two methods.
まず第１の方法について、図４を参照して述べる。マイカ板を用意し、マイカ板上に炭素薄膜、シリコン薄膜を順次積層する（ステップ１、ステップ２）。次に、シリコン薄膜上にレジスト膜を作り（ステップ３）、レジスト膜にフォーカスイオンビーム（ＦＩＢ）または電子線リソグラフィー（ＥＢ）でリング状の溝を深削りし、シリコン薄膜に達するようにする（ステップ４）、そこに磁性体薄膜を蒸着またはスパッターする（ステップ５）。レジスト上にのった磁性体を洗いとると（ステップ６）シリコン薄膜上に磁性体リングだけが残る。それをマイカと炭素膜の間でマイカ板から水面剥離によりはがし（ステップ７）、磁性体リング基材膜より２〜３倍大きな穴径を持つ電子顕微鏡用グリッド上にすくいとる（ステップ８）。両者の相対関係は定まらないので電子顕微鏡用グリッドの穴の上に磁性体リングがくるのは５０％程度である。運良くグリッド穴上に来た磁性体リングはシリコン薄膜／炭素薄膜よりなる支持体で支持されているので、これをフォーカスイオンビームを用いて加工する（ステップ９）。こうしてシリコン薄膜／炭素薄膜に電子線が通過する穴が開けられる。このようにして位相板を作製することができる。 First, the first method will be described with reference to FIG. A mica plate is prepared, and a carbon thin film and a silicon thin film are sequentially laminated on the mica plate (steps 1 and 2). Next, a resist film is formed on the silicon thin film (step 3), and a ring-shaped groove is deeply etched on the resist film by a focus ion beam (FIB) or electron beam lithography (EB) to reach the silicon thin film (step 3). Step 4), a magnetic thin film is deposited or sputtered thereon (Step 5). When the magnetic material on the resist is washed away (step 6), only the magnetic material ring remains on the silicon thin film. It is peeled off from the mica plate by water surface separation between the mica and the carbon film (step 7), and scooped on an electron microscope grid having a hole diameter 2 to 3 times larger than the magnetic ring substrate film (step 8). Since the relative relationship between the two is not fixed, it is about 50% that the magnetic ring comes on the hole of the grid for the electron microscope. Fortunately, the magnetic ring that has come over the grid hole is supported by a support made of a silicon thin film / carbon thin film, and is processed using a focused ion beam (step 9). In this way, a hole through which an electron beam passes is formed in the silicon thin film / carbon thin film. In this way, a phase plate can be produced.
次に、第２の方法について、図５を参照して述べる。第１の方法とは、シリコン基板上にシリカ薄膜を作り、その上に貴金属膜または炭素膜をパーマロイ支持体として作るところが異なる。この場合、支持体とシリコン基板との剥離はフッ化水素溶液を用いて行う。シリカ層はフッ化水素溶液による溶出層である。図５においてはその点が図４と異なるが他の工程はほとんど同じである。 Next, the second method will be described with reference to FIG. This method is different from the first method in that a silica thin film is formed on a silicon substrate, and a noble metal film or a carbon film is formed thereon as a permalloy support. In this case, peeling between the support and the silicon substrate is performed using a hydrogen fluoride solution. The silica layer is an elution layer with a hydrogen fluoride solution. In FIG. 5, the point is different from FIG. 4, but the other steps are almost the same.
次に磁性体細線棒の加工作製法について述べる。
第１の方法では、先ず、５０ｎｍ〜１μｍの径を有し１０〜１０００μｍの長さを持つ金属細線を準備する。金属細線は、例えば白金、金、ステンレス鋼等の剛直で酸化しない材料を用いることができる。次に、金属細線をマイクロマニュピレータを用いた実体顕微鏡下の操作で支持体の開口部に架橋させる。支持体としては、前述の磁性体細線リングによる位相板で用いたものと同様の材料を用いることができる。次に、架橋された金属細線の支持体側の両端を支持体に固定させる。この固定は、たとえば電気溶接等の方法を用いて行うことができる。そして、最後に、両端が固定された金属細線に高抗磁率磁性体を厚みを制御しながら蒸着し磁性体薄膜を形成し、磁性体細線棒を得る。高抗磁率磁性体としては、コバルト、鉄、ニッケル等の強磁性体を用いることができる。
Next, a method for fabricating and manufacturing a magnetic thin wire rod will be described.
In the first method, first, a fine metal wire having a diameter of 50 nm to 1 μm and a length of 10 to 1000 μm is prepared. For the thin metal wire, for example, a rigid and non-oxidizing material such as platinum, gold, and stainless steel can be used. Next, the metal thin wire is cross-linked to the opening of the support by an operation under a stereomicroscope using a micromanipulator. As the support, the same material as that used in the phase plate using the magnetic thin wire ring described above can be used. Next, both ends of the cross-linked fine metal wire on the support side are fixed to the support. This fixing can be performed using a method such as electric welding. Finally, a high coercivity magnetic material is vapor-deposited on a thin metal wire having both ends fixed while controlling the thickness to form a magnetic thin film, thereby obtaining a magnetic thin wire rod. As the high coercivity magnetic material, a ferromagnetic material such as cobalt, iron, or nickel can be used.
第２の方法では、基材として生物由来の線条蛋白質（微小管、バクテリアのセン毛やベン毛等）を利用したものを用いる。たとえば、先ず、１０ｎｍ〜１μｍの径を有する生物由来の線条重合蛋白質を単離する。この単離は通常用いられている方法で行うことができる。次に、単離した線条重合蛋白質をｐＨ（酸性度）イオン強度、温度を制御することにより再構成調整し、１０〜１０００μｍの長さの線条蛋白質を含む水溶液サンプルを準備する。次に、開口部を多数持つメッシュ様支持体に上記の線条重合蛋白質の顕濁液を一滴のせ、水流を作るようにろ紙で吸い取る。次に、流れにより一方向に並んだ線条重合蛋白質が支持体の開口を架橋していることを低温電子顕微鏡で確認する。次に、確認された線条重合蛋白質が架橋している支持体を凍結乾燥する。次に、架橋した多数の線条重合蛋白質のうち磁性体細線の土台として用いるもの以外をフォーカスイオンビーム法を用いて除去する。そして、最後に、線条重合蛋白質が架橋している支持体に線条重合蛋白質とともに高抗磁率磁性体を厚みを制御しながら蒸着して磁性体薄膜を形成し、磁性体細線棒を得る。高抗磁率磁性体としては、コバルト、鉄、ニッケル等の強磁性体を用いることができる。 In the second method, a material using a biologically-derived filamentous protein (microtubules, bacterial hairs, bent hairs, etc.) is used as a base material. For example, first, an organism-derived filamentous polymerized protein having a diameter of 10 nm to 1 μm is isolated. This isolation can be performed by a commonly used method. Next, reconstitution adjustment of the isolated filamentous polymerized protein is performed by controlling pH (acidity) ionic strength and temperature, and an aqueous solution sample containing a filamentous protein having a length of 10 to 1000 μm is prepared. Next, a drop of the striated polymer protein suspension is placed on a mesh-like support having a large number of openings, and sucked with a filter paper so as to form a water flow. Next, it is confirmed by a cryo-electron microscope that the linear polymerized proteins aligned in one direction by the flow crosslink the opening of the support. Next, the support on which the confirmed linear polymerized protein is crosslinked is freeze-dried. Next, of the cross-linked numerous linear polymerized proteins, those other than those used as the base of the magnetic thin wire are removed using the focus ion beam method. Finally, a magnetic thin film is formed by depositing a high coercivity magnetic material together with the linear polymerized protein while controlling the thickness on the support on which the linear polymerized protein is crosslinked, thereby obtaining a magnetic thin wire rod. As the high coercivity magnetic material, a ferromagnetic material such as cobalt, iron, or nickel can be used.
第３の方法では、基材としてカーボンナノチューブを利用する。たとえば、先ず、１０ｎｍ〜１μｍの径を有し水中での分散性を保持した分散性カーボンナノチューブを準備する。次に、単離した分散性カーボンナノチューブを調整し、１０〜１０００μｍの長さの分散性カーボンナノチューブを含む水溶液を準備する。次に、開口部を多数持つメッシュ様支持体に上記の分散性カーボンナノチューブを含む水溶液を一滴のせ、水流を作るようにろ紙で吸い取る。次に、流れにより一方向に並んだ分散性カーボンナノチューブが支持体の開口を架橋していることを顕微鏡で確認する。次に、確認された多数の分散性カーボンナノチューブよりなる支持体を乾燥する。次に、架橋した多数の分散性カーボンナノチューブのうち磁性体細線の土台として用いるもの以外をフォーカスイオンビーム法を用いて除去する。そして、最後に、分散性カーボンナノチューブが架橋している支持体に分散性カーボンナノチューブとともに高抗磁率磁性体を厚みを制御しながら蒸着して磁性体薄膜を形成し、磁性体細線棒を得る。高抗磁率磁性体としては、コバルト、鉄、ニッケル等の強磁性体を用いることができる。 In the third method, carbon nanotubes are used as the base material. For example, first, a dispersible carbon nanotube having a diameter of 10 nm to 1 μm and retaining dispersibility in water is prepared. Next, the isolated dispersible carbon nanotube is prepared, and an aqueous solution containing the dispersible carbon nanotube having a length of 10 to 1000 μm is prepared. Next, a drop of the aqueous solution containing the above-mentioned dispersible carbon nanotubes is put on a mesh-like support having a large number of openings, and sucked with a filter paper so as to form a water flow. Next, it is confirmed with a microscope that dispersible carbon nanotubes aligned in one direction by the flow crosslink the opening of the support. Next, the confirmed support body made of a large number of dispersible carbon nanotubes is dried. Next, of the cross-linked many dispersible carbon nanotubes, those other than those used as the base of the magnetic thin wire are removed using the focus ion beam method. Finally, a magnetic thin film is formed by depositing a high coercivity magnetic body together with the dispersible carbon nanotubes while controlling the thickness on the support to which the dispersible carbon nanotubes are crosslinked, thereby obtaining a magnetic thin wire rod. As the high coercivity magnetic material, a ferromagnetic material such as cobalt, iron, or nickel can be used.
次に、磁性体細線棒の加工例及びそれを用いた位相板の実験例を詳述する。
まず磁性体細線棒の加工結果を図６に示す。この磁性体細線棒は、次の手順で作製した。
ｉ）電子像ホログラフィーに用いられるバイプリズムを準備
ｉｉ）バイプリズムの穴を架橋する直径０．８μｍの白金細線上にスパッター法で純コバルト膜を作製（厚さは約１０ｎｍ）
ｉｉｉ）帯電防止のためコバルト蒸着されたバイプリズムを炭素膜（約１０ｎｍ厚）で両面被覆
ｉｖ）コバルトを飽和磁化の永久磁石とするため、磁気共鳴イメージングに用いられる４テスラソレノイド型磁石の中心に長手方向に磁石が向くように設置
ｖ）３０分程放置後取り出し、すぐに実験用位相差電子顕微鏡（１２０ｋＶ）の対物レンズ後方焦点面に設置
Next, a processing example of a magnetic thin wire rod and an experimental example of a phase plate using the same will be described in detail.
First, the processing result of the magnetic thin wire rod is shown in FIG. This magnetic thin wire rod was produced by the following procedure.
i) Biprism used for electron image holography is prepared ii) A pure cobalt film is formed by sputtering on a thin platinum wire with a diameter of 0.8 μm that bridges the holes of the biprism (thickness is about 10 nm)
iii) Cobalt-deposited biprism with carbon film (about 10 nm thick) on both sides for antistatic purposes iv) At the center of a 4 Tesla solenoid magnet used for magnetic resonance imaging to make cobalt a permanent magnet with saturation magnetization Installed so that the magnet faces in the longitudinal direction v) Leave it for about 30 minutes, then take it out and immediately install it on the back focal plane of the objective phase-contrast electron microscope (120 kV)
永久磁石は強い外部磁場があると磁化の方向が乱れる。また、通常の電子顕微鏡では対物レンズ後方焦点面の磁場はコバルト永久磁石を乱すほど強い。従ってこのＡＢ位相板の実験は、磁場が後焦点面において遮へいされている位相差専用電子顕微鏡（Hosokawa,Danev, Arai & Nagayama, J. Electr. Microsc. 54(2005)317）を用いて行った。 Permanent magnets are disturbed in the direction of magnetization when there is a strong external magnetic field. In a normal electron microscope, the magnetic field at the back focal plane of the objective lens is strong enough to disturb the cobalt permanent magnet. Therefore, this AB phase plate experiment was performed using a phase contrast electron microscope (Hosokawa, Danev, Arai & Nagayama, J. Electr. Microsc. 54 (2005) 317) in which the magnetic field is shielded at the back focal plane. .
次に、この実験による棒型ＡＢ位相板の性能テストの結果を示す。ここでは、ゲルマニウム薄膜を試料とした、無損失のヒルベルト微分位相差法の検証実験を行った例を示す。
図７は、ゲルマニウム薄膜の縁部分を撮像した結果である。図７の（ａ）は永久磁石よりなる磁性体細線棒位相板を挿入した位相差像を示す。ただし、この場合、中心ビームが磁性体細線棒直近の右側を通過している。（ｂ）は位相板挿入なしの通常像（正焦点）を示す。（ｃ）は位相板なしの通常像（深い焦点はずし）を示す。（ｄ）は細線磁性体棒位相板を挿入した位相差像を示す。ただし、この場合、中心ビームは磁性体細線棒直近の左側を通過している。
Next, the result of the performance test of the rod type AB phase plate by this experiment is shown. Here, an example in which a verification experiment of the lossless Hilbert differential phase difference method using a germanium thin film as a sample is shown.
FIG. 7 shows the result of imaging the edge portion of the germanium thin film. FIG. 7 (a) shows a phase contrast image in which a magnetic thin wire rod phase plate made of a permanent magnet is inserted. However, in this case, the center beam passes through the right side in the immediate vicinity of the magnetic thin wire rod. (B) shows a normal image (normal focus) without phase plate insertion. (C) shows a normal image (deep defocus) without a phase plate. (D) shows the phase-difference image which inserted the thin wire magnetic rod phase plate. However, in this case, the center beam passes through the left side in the immediate vicinity of the magnetic thin wire rod.
通常像はよく知られているように正焦点（図７（ｂ））ではコントラストが小さく、深い焦点はずし（深いデフォーカス、図７（ｃ））ではコントラストが高い。一方、位相差像（図７（ａ）、（ｄ）：本実験では磁性体細線棒両側の位相差が必ずしも正確πに調整されていないのでヒルベルト微分像と通常像の和となっていると思われる）ではともにヒルベルト微分像に特徴的ないわゆる微分型の像（一方向から光を当てた地形図のような像）が見えている。ただし、中心ビームが磁性体細線棒の左右両側のどちらを通るかで微分の向きが逆転し、光の当たる方向が左右逆転（図７（ａ）、（ｄ））して見えている。
これはまさしく本発明に期待される位相差像（R. Danev, H. Okaawara, N. Usuda, K. Kametani & K. Nagayama, J. Biol. Phys. 28(2002) 627-635参照）を示す結果そのものであり、磁性体細線棒のベクトルポテンシャルがヒルベルト微分位相板として正しく働いていることを示している。
As is well known, the normal image has a low contrast at the normal focus (FIG. 7B) and a high contrast at the deep focus removal (deep defocus, FIG. 7C). On the other hand, the phase difference image (FIGS. 7A and 7D): In this experiment, the phase difference on both sides of the magnetic thin wire rod is not necessarily adjusted to exactly π, so that it is the sum of the Hilbert differential image and the normal image. In both cases, a so-called differential image (an image like a topographic map with light from one direction) characteristic of the Hilbert differential image is visible. However, the direction of differentiation is reversed depending on whether the central beam passes on either of the left and right sides of the magnetic thin wire rod, and the direction in which the light strikes appears to be reversed left and right (FIGS. 7A and 7D).
This is exactly the phase difference image expected in the present invention (see R. Danev, H. Okaawara, N. Usuda, K. Kametani & K. Nagayama, J. Biol. Phys. 28 (2002) 627-635). The result itself indicates that the vector potential of the magnetic wire rod works correctly as a Hilbert differential phase plate.
ヒルベルト微分位相差では上述したように中心ビームが磁性体細線棒の右と左を通るとき異なる２つの位相差像（図７（ａ）、（ｄ））を与える。この２つの像を使うと、その差と和で異なる性質の像が再生される。特に差像（図８（ａ））は試料ゲルマニウム膜の電子密度を反映する位相量の線型微分項のみが反映されている。
従って図８（ａ）では薄膜の縁部の膜厚変化のあるところが強調されている。一方、和像（図８（ｂ））では線型項がキャンセルされ、微分値の２乗及び位相差のπからのずれに伴う通常像の和が反映される。特に差像（図８（ａ））はヒルベルト位相差法でのみ検出可能な純粋な微分像という価値を持っている。
As described above, the Hilbert differential phase difference gives two different phase difference images (FIGS. 7A and 7D) when the central beam passes right and left of the magnetic thin wire rod. When these two images are used, an image having a different property depending on the difference and the sum is reproduced. In particular, the difference image (FIG. 8A) reflects only the linear differential term of the phase amount that reflects the electron density of the sample germanium film.
Therefore, in FIG. 8 (a), the place where the film thickness changes at the edge of the thin film is emphasized. On the other hand, in the sum image (FIG. 8B), the linear term is canceled, and the sum of the normal images accompanying the deviation of the square of the differential value and the phase difference from π is reflected. In particular, the difference image (FIG. 8A) has the value of a pure differential image that can be detected only by the Hilbert phase difference method.
次に、本位相差法が期待通りの無損失の位相板かどうかの定量的検証を行った。定量的検証法は文献（K. Nagayama, Adv. Imaging. Electr. Phys. 138(2005)69-145)にあるＴａｂｌｅ６の方法（図９参照）を用いた。
図９の例は電子線損失のある位相板を用いたときのヒルベルト微分法の性能検証の例である。この位相板では、対物レンズ後焦点面に挿入された絞りを厚さ約６０ｎｍの炭素膜（３００ｋＶ加速電圧用π位相板）が半分覆っている（図１（ａ）参照）。この場合、炭素膜が電子線をある程度遮るため損失が起こるが、それでも位相差法の利点である低周波数成分の回復は達成されている。そのため図９（ｂ）に比較する２つの像のようにヒルベルト微分位相差像は通常像に比べ高コントラストとなる。しかし高周波成分には電子線損失によりコントラスト劣化が起こる。この事を見るため図９のように実像をフーリエ変換（ＦＴ）し（図９（ａ））、周波数空間で強度比較（図９（ａ）のＧ（ｋ）[Ｇａｉｎ曲線]）をした。Ｇａｉｎ曲線において０〜０．１ｎｍ−１の低空間周波数では期待通り位相差像の強度が通常像より強い。一方、０．１ｎｍ−１以上の高周波数では位相差像強度が通常像より弱い。
Next, quantitative verification was made to see if the phase difference method is a lossless phase plate as expected. As a quantitative verification method, the method of Table 6 (see FIG. 9) described in the literature (K. Nagayama, Adv. Imaging. Electr. Phys. 138 (2005) 69-145) was used.
The example of FIG. 9 is an example of performance verification of the Hilbert differential method when a phase plate with electron beam loss is used. In this phase plate, a carbon film (a π phase plate for 300 kV acceleration voltage) having a thickness of about 60 nm covers half the aperture inserted in the back focal plane of the objective lens (see FIG. 1A). In this case, although the loss occurs because the carbon film blocks the electron beam to some extent, the recovery of the low frequency component, which is an advantage of the phase difference method, is still achieved. Therefore, the Hilbert differential phase contrast image has a higher contrast than the normal image, like the two images compared to FIG. 9B. However, contrast deterioration occurs in the high frequency component due to electron beam loss. To see this, the real image was subjected to Fourier transform (FT) as shown in FIG. 9 (FIG. 9A), and the intensity was compared in the frequency space (G (k) [Gain curve] in FIG. 9A). As expected, the intensity of the phase contrast image is stronger than that of the normal image at a low spatial frequency of 0 to 0.1 nm −1 in the Gain curve. On the other hand, the phase difference image intensity is weaker than that of the normal image at a high frequency of 0.1 nm −1 or higher.
図１０はグラファイト粒子の位相差像と通常像の比較である。図１０の（ａ）はヒルベルト微分位相差像（正焦点）、（ｂ）は通常像（深い焦点はずし）、（ｃ）は古くから知られている簡単な位相差法であるナイフエッジ位相差法（絞りの半分にナイフエッジを入れて電子線を完全ストップ。図１（ａ）の炭素膜がナイフエッジに替った位相差法）による位相差像、（ｄ）は通常像（正焦点）をそれぞれ示す。４つの像（図１０（ａ）〜（ｄ））の内、予想通り最もコントラストの低いのが正焦点通常像（図１０（ｄ））であった。そして最もコントラストが高くかつ像歪の小さいのが磁性体細線棒位相板を用いたヒルベルト微分位相差像（図１０（ａ））であった。深い焦点はずしを用いれば通常像のコントラストも回復するが（図１０（ｂ））、深い焦点はずし特有の低周波フィルター像になっている。 FIG. 10 is a comparison between a phase difference image and a normal image of graphite particles. 10A is a Hilbert differential phase contrast image (positive focus), FIG. 10B is a normal image (deep defocus), and FIG. 10C is a knife edge phase difference which is a simple phase difference method that has been known for a long time. A phase contrast image by the method (a phase difference method in which a knife edge is inserted in half of the stop and the carbon film in FIG. 1 (a) is replaced by the knife edge), and (d) is a normal image (normal focus) ) Respectively. Of the four images (FIGS. 10A to 10D), the normal-focus normal image (FIG. 10D) had the lowest contrast as expected. The Hilbert differential phase contrast image using the magnetic thin wire rod phase plate (FIG. 10A) has the highest contrast and the smallest image distortion. If the deep focus removal is used, the contrast of the normal image is recovered (FIG. 10B), but the low-frequency filter image peculiar to the deep focus removal is obtained.
参考に示したナイフエッジ位相差像（図１０（ｃ））は図１０（ｄ）の通常像より像コントラストは高いが全体に暗いことがわかる。このような像の持つ特徴は、図１０の右側（ｅ）〜（ｇ）のＧａｉｎ曲線で定量的に裏付けられる。図１０（ｅ）は、ヒルベルト法と通常法の比較であり、図９（ｂ）のＧａｉｎ曲線と比較されるべきもので、０．１ｎｍ−１以上の高周波で強度損失がほとんどないという特徴を持つ。一方、ナイフエッジ位相差像と通常像の比較では（図１０（ｇ））炭素膜によるヒルベルト微分位相板よりさらに電子線損失が大きい（半円部分の電子線の完全カットのため）ので０．０７ｎｍ−１より高周波で−２のＧａｉｎとなっている。図９（ｂ）の炭素膜位相板のＧａｉｎが−１であるのに比べ、よりマイナス側に大、すなわち弱いコントラストとなっている。 It can be seen that the knife edge phase contrast image shown in FIG. 10 (FIG. 10C) has a higher image contrast than the normal image in FIG. The characteristics of such an image are quantitatively supported by the Gain curves on the right side (e) to (g) of FIG. FIG. 10 (e) is a comparison between the Hilbert method and the normal method, and should be compared with the Gain curve of FIG. 9 (b), and has a feature that there is almost no intensity loss at a high frequency of 0.1 nm −1 or higher. Have. On the other hand, the comparison between the knife-edge phase contrast image and the normal image (FIG. 10 (g)) shows that the electron beam loss is larger than that of the Hilbert differential phase plate using the carbon film (because the electron beam in the semicircular portion is completely cut). The gain is -2 at a frequency higher than 07 nm- 1 . Compared with the gain of −1 of the carbon film phase plate of FIG. 9B, the contrast is larger on the minus side, that is, weak contrast.
深い焦点はずし通常像と正焦点通常像の比較では（図１０（ｆ））、位相板を挿入していないので高周波側（０．１３ｎｍ−１より大）のＧａｉｎは０、すなわち等しくなっている。一方、低周波側のＧａｉｎは正で、コントラスト回復に寄与している（図１０（ｆ））。これが通常法で従来から使われてきたデフォーカス（焦点はずし）法によるコントラスト増強の意味である。一見深いデフォーカス法は図１０（ｅ）に示すヒルベルト微分位相差法をしのぐように見えるが、これは今回の磁性体細線棒位相板の位相差が正確にπに調節されていないことによると思われる。さらによく見ると、より低周波側（０．０１５〜０．０３ｎｍ−１）でヒルベルト微分法のＧａｉｎが優っており、これが図１０（ａ）、（ｂ）の比較にあるコントラストの差となって現れている。 In comparison between the normal image without deep focus and the normal image with normal focus (FIG. 10F), the gain on the high frequency side (greater than 0.13 nm −1 ) is 0, that is, equal because no phase plate is inserted. . On the other hand, the gain on the low frequency side is positive and contributes to contrast recovery (FIG. 10 (f)). This is the meaning of contrast enhancement by the defocus method which has been conventionally used in the normal method. The seemingly defocused method seems to outperform the Hilbert differential phase difference method shown in FIG. 10 (e). This is because the phase difference of the magnetic wire rod phase plate of this time is not accurately adjusted to π. Seem. If you look more closely, the gain of the Hilbert differential method is superior on the lower frequency side (0.015 to 0.03 nm −1 ), which is the contrast difference in the comparison of FIGS. 10 (a) and 10 (b). Is appearing.
以上のように、バイプリズム上にイオンスパッター製膜したコバルトによる磁性体細線棒を用いた位相板は期待されるＡＢ位相板の無損失性を実証したことになる。 As described above, the phase plate using the magnetic thin wire rod made of cobalt formed by ion sputtering on the biprism demonstrates the expected lossless property of the AB phase plate.
この出願の発明によれば、以上のようにして、位相差電子顕微鏡に用いられる位相板として、永久磁石である磁性体細線が絞り穴を架橋する構造を持つ無損失位相板を作製することができる。磁性体細線内に封じ込められた磁束が作るベクトルポテンシャルが、加速電圧に依存しないで一定の位相差を細線の左右両側に与えるため、その位相差をπに設定すれば、ヒルベルト微分法（光学顕微鏡の微分干渉法と同等、特許文献２参照）としての位相差電子顕微鏡が実現する。この手法の利点は、極めて細い磁性体細線自体以外は電子線を遮るモノがないので完全無損失であることである。そして、一度磁性体細線左右の位相差がπに設定されると、加速電圧を問わずあらゆる電子顕微鏡に適用可能となることである。また、位相板を高温保持する機構を付加すれば正確にπシフト調節が可能となる。さらに、磁性体細線の大きさは実験的要求に合わせ任意に調節が可能となる。そして、この出願の発明によれば、これらの利点を利用することで、ヒルベルト微分ＡＢ位相板は、無帯電無損失の完全なヒルベルト微分位相差電子顕微鏡を実現させる。 According to the invention of this application, as described above, as a phase plate used in a phase contrast electron microscope, a lossless phase plate having a structure in which a magnetic fine wire as a permanent magnet bridges a diaphragm hole can be produced. it can. The vector potential created by the magnetic flux confined in the magnetic thin wire gives a constant phase difference to the left and right sides of the thin wire without depending on the acceleration voltage. If the phase difference is set to π, the Hilbert differential method The phase contrast electron microscope is realized as equivalent to the differential interference method of (see Patent Document 2). The advantage of this method is that it is completely lossless since there is nothing to block the electron beam except for the extremely thin magnetic thin wire itself. Once the phase difference between the left and right magnetic thin wires is set to π, it can be applied to any electron microscope regardless of the acceleration voltage. Further, if a mechanism for holding the phase plate at a high temperature is added, the π shift can be adjusted accurately. Furthermore, the size of the magnetic thin wire can be arbitrarily adjusted according to experimental requirements. According to the invention of this application, by utilizing these advantages, the Hilbert differential AB phase plate realizes a complete Hilbert differential phase-contrast electron microscope without charge and loss.
１１ 位相板
１２ 絞り穴
１３ 支持橋
１４ 支持体
１５ 磁性体細線
１６ 温度制御機構
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Phase plate 12 Diaphragm hole 13 Support bridge 14 Support body 15 Magnetic material fine wire 16 Temperature control mechanism
Claims (17)
（ａ１）マイカなどの基材上に炭素薄膜を形成するステップ、
（ｂ１）炭素薄膜の上にシリコン薄膜を形成するステップ、
（ｃ１）シリコン薄膜の上にレジスト膜を形成するステップ、
（ｄ１）レジスト膜の上に電子線リソグラフィー法またはフォーカスイオンビーム法で複数のリング状溝を形成し、リング状にレジストを除くステップ、
（ｅ１）複数のリング状溝を持ったレジスト膜全体に磁性体膜を堆積するステップ、
（ｆ１）複数の磁性体リングを残し、不要なレジスト膜を磁性体膜とともに取り除くステップ、
（ｇ１）炭素シリコン複合薄膜及びその上の複数の磁性体リングよりなる構造体を、水面剥離により基材から剥離させるステップ、
（ｈ１）電子顕微鏡用グリッドで、前記構造体をすくい取るステップ、及び
（ｉ１）電子顕微鏡用グリッド上の前記構造体の特定の磁性体片に対し、フォーカスイオンビーム法を用いて加工することにより、電子線が通過する穴を有する磁性体細線リングを形成するステップ。 A part of the magnetic thin wire ring is cross-linked to the opening of the support having an opening, and the magnetic thin wire ring generates a vector potential, and both left and right sides of the cross-linked portion of the magnetic thin wire ring A method for producing a phase plate for an electron microscope, wherein a phase difference is formed between electron beams passing through each of the electron microscopes, the method comprising: Method (a1) Step of forming a carbon thin film on a substrate such as mica,
(B1) forming a silicon thin film on the carbon thin film;
(C1) forming a resist film on the silicon thin film;
(D1) forming a plurality of ring-shaped grooves on the resist film by an electron beam lithography method or a focus ion beam method, and removing the resist in a ring shape;
(E1) depositing a magnetic film on the entire resist film having a plurality of ring-shaped grooves;
(F1) leaving a plurality of magnetic rings and removing an unnecessary resist film together with the magnetic film;
(G1) peeling the structure composed of the carbon-silicon composite thin film and a plurality of magnetic rings thereon from the base material by water surface peeling,
(H1) a step of scooping up the structure with an electron microscope grid; and (i1) processing a specific magnetic piece of the structure on the electron microscope grid using a focused ion beam method. And forming a magnetic thin wire ring having a hole through which an electron beam passes.
（ａ２）シリコンなどの基材上にシリカ（ＳｉＯ２）薄膜を形成するステップ、
（ｂ２）シリカ薄膜の上に貴金属膜または炭素薄膜を形成するステップ、
（ｃ２）貴金属膜または炭素薄膜の上にレジスト膜を形成するステップ、
（ｄ２）レジスト膜の上に電子線リソグラフィー法またはフォーカスイオンビーム法で複数のリング状溝を形成し、リング状にレジストを除くステップ、
（ｅ２）複数のリング状溝を持ったレジスト膜全体に磁性体膜を堆積するステップ、
（ｆ２）複数の磁性体リングを残し、レジスト膜を磁性体膜とともに取り除くステップ、
（ｇ２）複数の磁性体リングの保護膜としてリングを包埋する炭素薄膜を形成するステップ
（ｈ２）複合炭素シリコン複合薄膜とその中に包埋された複数の磁性体リングよりなる構造体を、フッ化水素溶液に浸漬し、シリカ層溶出剥離により基材から剥離させるステップ、
（ｉ２）電子顕微鏡用グリッドで、前記構造体をすくい取るステップ、及び
（ｊ２）電子顕微鏡用グリッド上の前記構造体の特定の磁性体片に対し、フォーカスイオンビーム法を用いて加工することにより、電子線が通過する穴を有する磁性体細線リングを形成するステップ。 A part of the magnetic thin wire ring is cross-linked to the opening of the support having an opening, and the magnetic thin wire ring generates a vector potential, and both left and right sides of the cross-linked portion of the magnetic thin wire ring A method for producing a phase plate for an electron microscope, wherein a phase difference is formed between electron beams passing through each of the electron microscopes, the method comprising: Method (a2) forming a silica (SiO 2 ) thin film on a substrate such as silicon,
(B2) forming a noble metal film or a carbon thin film on the silica thin film;
(C2) forming a resist film on the noble metal film or carbon thin film;
(D2) forming a plurality of ring-shaped grooves on the resist film by an electron beam lithography method or a focus ion beam method, and removing the resist in a ring shape;
(E2) depositing a magnetic film on the entire resist film having a plurality of ring-shaped grooves;
(F2) leaving a plurality of magnetic rings and removing the resist film together with the magnetic film;
(G2) Step of forming a carbon thin film embedding the ring as a protective film for a plurality of magnetic rings (h2) A structure comprising a composite carbon silicon composite thin film and a plurality of magnetic rings embedded therein, A step of immersing in a hydrogen fluoride solution and separating from the substrate by elution peeling of the silica layer;
(I2) a step of scooping up the structure with an electron microscope grid; and (j2) processing a specific magnetic piece of the structure on the electron microscope grid using a focused ion beam method. And forming a magnetic thin wire ring having a hole through which an electron beam passes.
（ａ３）５０ｎｍ〜１μｍの径を有し１０〜１０００μｍの長さを持つ金属細線を準備するステップ、
（ｂ３）金属細線を実体顕微鏡下の操作で支持体の開口部に架橋させるステップ、
（ｃ３）架橋された金属細線の支持体側の両端を支持体に固定させるステップ、及び
（ｄ３）両端が固定された金属細線に高抗磁率磁性体を厚みを制御しながら蒸着し磁性体薄膜を形成するステップ。 A magnetic thin wire rod is bridged to the opening of the support having an opening, and the magnetic thin wire rod generates a vector potential between the electron beams passing through the left and right sides of the magnetic thin wire rod, respectively. A method of manufacturing a phase plate for an electron microscope for forming a phase difference, comprising the following steps relating to the production of the magnetic thin wire rod: (a3) 50 nm to 1 μm Preparing a fine metal wire having a diameter and a length of 10 to 1000 μm;
(B3) a step of bridging the fine metal wire to the opening of the support by an operation under a stereomicroscope;
(C3) fixing both ends of the cross-linked metal wire on the support side to the support; and (d3) depositing a high coercivity magnetic material on the metal wire to which both ends are fixed while controlling the thickness to form a magnetic thin film. Forming step.
（ａ４）１０ｎｍ〜１μｍの径を有する生物由来の線条重合蛋白質を単離するステップ、
（ｂ４）単離した線条重合蛋白質を再構成調整し、１０〜１０００μｍの長さの線条蛋白質を含む水溶液サンプルを準備するステップ、
（ｃ４）開口部を多数持つメッシュ様支持体に上記の線条重合蛋白質の顕濁液を一滴のせ、水流を作るようにろ紙で吸い取るステップ、
（ｄ４）流れにより一方向に並んだ線条重合蛋白質が支持体の開口を架橋していることを低温電子顕微鏡で確認するステップ、
（ｅ４）確認された線条重合蛋白質が架橋している支持体を凍結乾燥するステップ、
（ｆ４）架橋した多数の線条重合蛋白質のうち磁性体細線の土台として用いるもの以外をフォーカスイオンビーム法を用いて除去するステップ、及び
（ｇ４）線条重合蛋白質が架橋している支持体に線条重合蛋白質とともに高抗磁率磁性体を厚みを制御しながら蒸着して磁性体薄膜を形成するステップ。 A magnetic thin wire rod is bridged to the opening of the support having an opening, and the magnetic thin wire rod generates a vector potential between the electron beams passing through the left and right sides of the magnetic thin wire rod, respectively. A method of manufacturing a phase plate for an electron microscope for forming a phase difference, comprising the following steps relating to the production of the magnetic thin wire rod: (a4) 10 nm to 1 μm Isolating an organism-derived filamentous polymerized protein having a diameter;
(B4) reconstituting and adjusting the isolated striated polymerized protein to prepare an aqueous solution sample containing striated protein having a length of 10 to 1000 μm;
(C4) placing a drop of the above-mentioned striae polymerized protein suspension on a mesh-like support having a large number of openings, and sucking with a filter paper so as to form a water flow;
(D4) a step of confirming with a cryo-electron microscope that the linear polymerized proteins aligned in one direction by the flow crosslink the opening of the support;
(E4) a step of freeze-drying the support on which the confirmed linear polymerized protein is crosslinked,
(F4) a step of removing a cross-linked many linear polymerized proteins other than those used as a base of a magnetic thin wire by using a focus ion beam method, and (g4) a support on which the linear polymerized protein is cross-linked A step of forming a magnetic thin film by vapor-depositing a high coercivity magnetic material together with a linear polymerized protein while controlling the thickness.
（ａ５）１０ｎｍ〜１μｍの径を有し水中での分散性を保持した分散性カーボンナノチューブを準備するステップ、
（ｂ５）単離した分散性カーボンナノチューブを調整し、１０〜１０００μｍの長さの分散性カーボンナノチューブを含む水溶液を準備するステップ、
（ｃ５）開口部を多数持つメッシュ様支持体に上記の分散性カーボンナノチューブを含む水溶液を一滴のせ、水流を作るようにろ紙で吸い取るステップ、
（ｄ５）流れにより一方向に並んだ分散性カーボンナノチューブが支持体の開口を架橋していることを顕微鏡で確認するステップ、
（ｅ５）確認された多数の分散性カーボンナノチューブよりなる支持体を乾燥するステップ、
（ｆ５）架橋した多数の分散性カーボンナノチューブのうち磁性体細線の土台として用いるもの以外をフォーカスイオンビーム法を用いて除去するステップ、及び
（ｇ５）分散性カーボンナノチューブが架橋している支持体に分散性カーボンナノチューブとともに高抗磁率磁性体を厚みを制御しながら蒸着して磁性体薄膜を形成するステップ。 A magnetic thin wire rod is bridged to the opening of the support having an opening, and the magnetic thin wire rod generates a vector potential between the electron beams passing through the left and right sides of the magnetic thin wire rod, respectively. A method for producing a phase plate for an electron microscope for forming a phase difference, comprising the following steps relating to the production of the magnetic thin wire rod: (a5) 10 nm to 1 μm Providing a dispersible carbon nanotube having a diameter and retaining dispersibility in water;
(B5) adjusting the isolated dispersible carbon nanotubes and preparing an aqueous solution containing dispersible carbon nanotubes having a length of 10 to 1000 μm;
(C5) placing a drop of the aqueous solution containing the dispersible carbon nanotubes on a mesh-like support having a large number of openings, and sucking with a filter paper so as to form a water flow;
(D5) a step of confirming with a microscope that dispersible carbon nanotubes aligned in one direction by a flow bridge the opening of the support;
(E5) drying the support made of a large number of confirmed dispersible carbon nanotubes;
(F5) a step of removing a cross-linked many dispersible carbon nanotubes other than those used as a base of a magnetic thin wire by using a focus ion beam method, and (g5) a support on which the dispersible carbon nanotube is cross-linked A step of forming a magnetic thin film by depositing a high coercivity magnetic body together with dispersible carbon nanotubes while controlling the thickness.
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|---|---|---|---|---|
| JP2011187215A (en) * | 2010-03-05 | 2011-09-22 | Hitachi Ltd | Phase plate and phase difference electron microscope using the same |
| JP2013157312A (en) * | 2012-01-31 | 2013-08-15 | Hitachi High-Technologies Corp | Phase plate |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59210472A (en) * | 1983-05-13 | 1984-11-29 | Hitachi Ltd | Electron beam hologram reproduction device |
| JPH06333529A (en) * | 1993-05-19 | 1994-12-02 | Hitachi Ltd | Scanning interference electron microscope |
-
2006
- 2006-11-01 JP JP2006298292A patent/JP2008091312A/en active Pending
Patent Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
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| JPH06333529A (en) * | 1993-05-19 | 1994-12-02 | Hitachi Ltd | Scanning interference electron microscope |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011187215A (en) * | 2010-03-05 | 2011-09-22 | Hitachi Ltd | Phase plate and phase difference electron microscope using the same |
| JP2013157312A (en) * | 2012-01-31 | 2013-08-15 | Hitachi High-Technologies Corp | Phase plate |
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