| 研究課題/領域番号 |
20K21093
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分26:材料工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
斉藤 光 九州大学, 先導物質化学研究所, 准教授 (50735587)
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| 研究分担者 |
波多 聡 九州大学, 総合理工学研究院, 教授 (60264107)
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| 研究期間 (年度) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2020年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
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| キーワード | 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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| 研究開始時の研究の概要 |
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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| 研究成果の概要 |
走査透過電子顕微鏡法(STEM)の現在の時間分解能は従来の透過電子顕微鏡法に比べてはるかに低い。高速走査に伴う画像の歪み、信号不足、一方向のぼやけはビデオレート STEM 実現の障害であった。この研究では、STEM 高速画像取得のための深層学習ノイズフィルターと画像歪み補正を開発し、統計的なノイズだけでなく一方向のぼやけも除去できるようにした。開発手法は、厚さ 300 nm の鋼片であっても、わずか 5 秒のデータ取得時間で3 次元転位配置を可視化する高速 STEM トモグラフィーを実現した。また、熱活性化転位滑りのビデオレートSTEM観察も実現した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
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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