| Project/Area Number |
20K21093
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 26:Materials engineering and related fields
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
Saito Hikaru 九州大学, 先導物質化学研究所, 准教授 (50735587)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
波多 聡 九州大学, 総合理工学研究院, 教授 (60264107)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
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| Keywords | 透過電子顕微鏡 / 転位 / その場観察 / 機械学習 / ノイズフィルタリング |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は、結晶材料の塑性変形を担う線状欠陥である転位運動を直接観察可能な高速電子顕微鏡法の開発に取り組む。高速カメラの開発等、透過電子顕微鏡の撮像速度は近年飛躍的に向上しており、遅い転位運動であればその動的観察の実現が期待できる。しかしながら１フレームあたりの最大ドーズ量には制約があり、極低信号画像から目的の情報を抽出する画像処理技術が必要とされる。そこで本研究では機械学習を用いた転位線抽出アルゴリズムを開発し、信号量不足を克服する。これにより、ミリ秒オーダーでの転位運動観察を可能にし、転位運動ダイナミクスの解明へと繋げる。
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| Outline of Final Research Achievements |
Current temporal resolution of STEM is far below that of conventional TEM. Rapid image acquisition in the millisecond per frame or faster generally causes image distortion, poor electron signals, and unidirectional blurring, which are obstacles for realizing video-rate STEM observation. In this study, we have developed a deep learning (DL)-based denoising and image distortion correction for STEM rapid image acquisition, which can remove not only the statistical noise but also the unidirectional blurring. By using this DL-based denoising method, we have achieved rapid STEM tomography visualizing 3D dislocation arrangement only within five-second acquisition of all the tilt-series images even in a 300 nm thick steel specimen. Video-rate STEM observation of thermally activated dislocation glide was also realized.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
豊かで安全な生活の追求、継続的な社会インフラの整備には材料開発が欠かせない。材料組織の変形過程をナノスケールで直接観察することが可能になれば、マクロスケールでの材料機能や特性を材料微細組織と結びつけた理解がより進展し、開発速度の飛躍的な向上や新たな開発アプローチのヒントを得ることが期待できる。本開発手法は転位運動だけでなく種々の材料中の動的現象のナノイメージングによる解析に広く応用可能である。また、試料 への電子線照射量の大幅な低減を可能とし、電子線に対して耐久力の低いソフトマテリアルや反応性物質、生体の電子顕微鏡解析にも役立つ。
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