从半导体设备到医疗，解开微观世界之谜的电子显微镜目前已经应用于各种领域。为了观察更细微的量子世界，2010年，日立着手研发终极电子显微镜。从项目启动开始，历经大约5年的开发时间，终于成功完成了世界最高*143pm（皮米）*2分辨率的验证。
电子显微镜-世界领先的超高分辨率-
1942年日本产商用第一台电子显微镜HU-2
从半导体设备、材料到生物和医疗，电子显微镜广泛应用于各种领域，并成为工业发展不可或缺的装置。电子显微镜1932年发明于德国，日本于1939年动手研发，并展开应用研究。1942年，日立就向当时的名古屋帝国大学交付第1台国产商用设备HU-2型，之后也以世界顶级水平引领电子显微镜的研发进程。
为了能够观察到更加微小的领域，日立的研究员，外村彰先生关注到了全息成像。全息成像在纸币等防伪技术上的应用广为人知，然而其实最初是为了提高电子显微镜分辨率而被开发出来的。日立在进行电子线全息成像研究的同时，也在不断尝试开发具有更高性能的电子显微镜，而终于在1978年，开发出首台实用型全息电子显微镜。
全息电子显微镜是通过最大化利用电子波的性能来观察、分析微观世界，因此直接观察到微弱的电磁场变成可能，同时也打开了以前从来无法观测的量子力学的世界之门。
原子分解能全息电子显微镜正面图&操作台
2000年，日立接受国家支持，与东京大学联合展开1MV（兆伏）全息电子显微镜研发，为破解高温超传导机制做出了贡献。1MV全息电子显微镜完成后，外村彰认为利用近期终于实现实用化的球面像差补正器应该能够使性能得到突破式的提高，由此他设想开发终极全息电子显微镜。目标是将分辨率从当时最高的70pm提升到40pm，并能观察到三维的电磁场。
然而，想要在超高压的电子显微镜上搭载球面像差校正器作为透镜并不容易。如果想要将球面像差校正器的性能百分之百地发挥出来，对于稳定性的要求极高，所以还没有人尝试过将此用在大型的电子显微镜上。日立为了将球面像差校正器的使用成为可能，开始了基础研发工作。
2010年，该项目向日本政府“尖端研究开发支援项目（FIRST）”提出立项成功，终极电子显微镜的研发进入了加速阶段。然而研发过程经历了东日本大地震，项目核心人物外村先生的离世等诸多没有预想到的不幸，但研究团队克服了重重困难，最终完成了1.2MV全息电子显微镜的研发，并在2014年11月实现了40pm的分辨率。
新开发的电子显微镜为了大副提升分辨率，解决了以下几个技术难题。首先，由于能量的不稳定性即使通过球面像差校正器仍会发生焦点模糊的问题。为解决此问题，开发了新的电阻器和高压线，在1.2MeV的高压电源下成功取得电子束。其次，开发了能够发射长时间稳定电子束的电子枪。另外，建造了电子显微镜专用的坚固建筑，在内部粘贴吸音材料，安装精密的室温控制系统，在装置周围加盖具有磁屏蔽功能的特殊合金，从而杜绝显微镜受到外部环境的振动声音磁场等带来的影响。解决了这些技术难题大副提高装置的稳定性后，首台搭载球面像差校正器的超高压电子显微镜研发成功。
在以钨为材料进行性能测试观察中，在球面校正后的状态下通过照相机拍摄到了达到43pm的世界第一分辨率。同时在氮化镓显微成像中能够观察到间隔44pm的氮化镓原子，这些充分证明了这台电子显微镜可以观测到原子级的分子构造及电磁场。
刊登论文：(T.Akashi et al., Appl. Phys. Lett. 106, 074101 (2015)).
通过氮化镓试验成功观察到间隔44pm的氮化镓原子，证明了1.2MeV原子分辨率全息电子显微镜的实力。
这台电子显微镜不仅仅只是拥有世界最高的分辨率，还预示着人们已经可以通过原子分辨率对电磁场进行定量的分析。电磁场影响着材料的特性，通过从原子级别观察分析这些磁场，人们就有机会通过改变磁场来创造先进的高性能材料。
今后，日立还将继续与世界领先的理化学研究机构合作，研究高性能磁石，大容量二次电池，超低能耗记忆存储介质，高温超导材料等在原子级的电磁场的量子现象，为社会创新不可或缺的新材料开发做贡献。
公开日期: 2016年3月
解决方案负责部门: 日立制作所 研究开发集团
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