材料科学と顕微鏡
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材料科学と顕微鏡
SmarActは、材料科学のすべての最先端技術に対する高精度のソリューションを提供します。高解像度3Dプリンティング、電子顕微鏡または走査型プローブ顕微鏡、ナノインテンデーション、分光法、回折法、量子コンピューティングのいずれであっても、産業および OEMのお客様だけでなく研究施設もSmarActの専門知識をお役立ていただいています。
材料の研究、製造、検査における最新技術では、通常、粒子ビーム、高磁場、強放射線、極低温、超高真空などの特殊な環境が伴うため、SmarActの高精度位置決め装置と計測コンポーネントは、ほぼあらゆるアプリケーション要件に合わせてカスタマイズできます。これには、たとえば、SEMおよびTEM用の完全な非磁性のステージや、極低温での動作用のクローズドループステージが含まれます。
SmarActでは、製品のあらゆる側面に関するすべてのテクノロジーを社内で開発しているため、お客様のアプリケーション要件に最適で最も効率的なソリューションを提供することができます。ゼロから始める場合でも、既存のシステムの改修を計画している場合でも、研究室向けの個別のソリューションまたは量産システムをお探しの場合でも、SmarActはお客様のプロジェクトについて熱心に聞き、次のレベルに進めるためのお手伝いをいたします。
■可変干渉法によるX線暗視野イメージングの向上
X線暗視野イメージングは、X線撮影や断層撮影における従来の解像度の限界を超えて小さな特徴を視覚化できる新しい技術です。
この写真は、X線検出器上にモアレパターンを生成するために使用される、いわゆるデュアル位相格子干渉計(DPGI)を示しています。これらのパターンのコントラストに対する調査対象の材料の影響により、サンプル、特にこのサンプル内の小さな特徴によって引き起こされる小角散乱(SAS)に関する情報が得られます。DPGIの大きな利点は、調整可能な点で、両方の格子間の距離を変更することで、システムの感度がさまざまな特徴サイズにシフトします。したがって、この技術により、センチメートルサイズのサンプルを調査しながら、サブマイクロメートルスケールで材料構造を特徴付けることができます。
この特定のセットアップでは、4つのSmarActステージを使用して2つの格子の動きを制御します。2つのゴニオメータステージ(CGO-77.5)を使用して、格子(ライン構造)を相互に、また検出器ピクセルグリッドに対して位置合わせします。1つのリニアステージ (CLS-5252-L)は、いわゆる位相ステッピングに使用され、検出器の各ピクセルの(仮想)モアレパターンを個別に取得するために使用されます。4番目のステージ(CLS-5282-L)は、格子間の距離、システムの感度を調整するために使用されます。
セットアップに関する詳細は、Caori Organista氏らによる研究論文「調整可能な暗視野イメージングによる建築材料のマルチスケール特性評価のためのデュアル位相格子干渉計の実装」に記載されています。(DOI: 10.1038/s41598-023-50424-6)
SmarActステージの精度を利用した回折格子の正確な位置合わせの詳細については、Ruizhi Tang氏らによる研究論文「二相格子干渉法における自動位置合わせとパラメータ空間の決定方法」を参照してください。
(DOI: 10.1364/OE.518821)
■4D走査透過型電子顕微鏡
4D走査透過電子顕微鏡(4D-STEM)は、材料特性を特徴付ける強力なツールです。
4D-STEMでは、集束された電子ビームが電子を透過するサンプル領域を順次スキャンします。透過した電子は回折パターンを形成し、各スキャンポイントで電子感度カメラによって記録されます。これは結晶の対称性、格子パラメータ、ひずみなどの特性をマッピングします。標準的なSEMに適応可能で、サブnmの空間分解能と最大数mm²の広いスキャン領域により、2次元材料や浮遊2次元的なファンデルワールスヘテロ構造などの薄いサンプルの特性評価に最適です。
この特定の実験では、社内で開発されたシステムを使用して、SEM内の4D-STEMデータセットを収集しました。透過回折ステージ(TDS)は、6軸でサンプルを移動するためのSMARPOD110.45.2サンプルステージ、SMARPOD内の電子感度カメラ、TEMグリッド用の取り外し可能なサンプルホルダー、およびリニアステージ(SLC-1750-S-HV)や放熱用の銅コンポーネントなどの追加コンポーネントで構成されています。
SMARPOD110.45.2の仕様は、Z(ビーム方向)軸の最小アクセス可能移動範囲±5mm、X軸およびY軸±8.0mm、X軸およびY軸周りのサンプル傾斜の最小アクセス可能範囲±9.5°です。SMARPODとリニアステージは、サンプルを正確に配置し、カメラの長さ(サンプルとカメラ間の距離)を調整して、最適なサンプルの配置と移動を確保し、高品質で高速なデータ取得を実現するために不可欠でした。
詳細は、ヨハネス・ミュラー氏による研究論文「低電圧電子回折による2D材料および2D ファンデルワールスヘテロ構造の結晶性と粒構造の調査」をご覧ください。
DOI: 10.1002/pssa.202300148
■µRobotexプラットフォーム用6Dシステム
μRobotexプラットフォームは、寸法が10μm未満のマイクロ/ナノシステムの特性評価とマイクロアセンブリに特化した設備です[1]。これはブザンソンの国立高等機械技術研究所(ENSMM)にあり、FEMTO-ST研究所のAS2M部門によって管理されています。
μRobotexチームは、走査型電子顕微鏡でのツール操作のための位置フィードバックを備えた6Dシステムの構築をSmarActに依頼しました。位置決めシステムは、互いに取り付けられた2つの3Dサブシステムで構成されています。前者は2つのSLCシリーズと1つのSLLシリーズステージで構成され、後者は6軸でナノツールを操作できるようにするための2つのゴニオメータと1つの回転ステージで構成されます。
µRobotexチームは、独自のリアルタイム制御システムを介して位置決めシステムに指令を出します。
■SEMイメージングの芸術
ライプツィヒパノメーターは、かつてガス貯蔵庫だった建物の内部に変化する視覚的なパノラマを表示するもので、オーストリア生まれの芸術家ヤデガー・アシシ氏によって制作されました。アシシ氏は、「パノラマ」と「ガス貯蔵庫」を組み合わせた造語としてこの建物に名前を付けました。各パノラマにはテーマ別の展示が付属しています。2019年1月26日から「カロラスの庭」展が開催されます。この展覧会は訪問者を異国の小宇宙の旅へと導きます。訪問者は花粉の一粒の視点から、花に受粉する巨大なミツバチを観察し、花の萼の背後にある宇宙を発見することができます。まるで巨大な顕微鏡の下にいるかのように、見慣れた世界が広がります。描かれた世界は実際の100倍の大きさです。
科学写真家のステファン・ディラー氏は、ハチとカモミールの花の走査型電子顕微鏡（SEM）画像を撮影することでこれに参加しました。「技術的に非常に複雑なプロジェクトでしたが、最終的にはパノメーターのロタンダで完璧に展示されました。カモミールの花に止まっているミツバチは、走査型電子顕微鏡データから印刷された画像の中でおそらく最も大きいものです」とディラー氏は言っています。
これは、37枚のポリエステルシートに昇華プリントされた、110x32mの寸法を備えた世界最大の360度サイクロマの1つです。これらの巨大なプリントに使用された画像データは非常に詳細である必要がありました。したがって、画像解像度が十分に高くないため、従来のマクロ撮影は使用できません。代わりに、Stefan Diller氏は、マルチ検出器セットアップとSmarAct SEMステージを備えた走査型電子顕微鏡(TESCAN MIRA3 FE-SEM)を使用しました。
SmarActの8軸SEMピエゾステージを使用して、ステッチ画像の作成に必要な多数のタイルを記録しながら、モチーフをSEMの対物レンズの下に正確に配置しました。このステージは、SEMサンプルを電子レンズの下にナノメートルの精度で配置するための3つの回転軸と5つの並進軸を備えています。
この8軸のSEMサンプルステージは、複数のSLC17リニアステージと3つの回転ステージを組み合わせて構成されており、試料のユーセントリック回転が可能です。
