[發(fā)明專利]一種超快透射電子顯微鏡系統(tǒng)及其使用方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610916333.8
• 申請日: 2016-10-20
• 公開（公告）號: CN106645236B
• 公開（公告）日: 2019-09-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李建奇;孫帥帥;楊槐馨;田煥芳;曹高龍;李中文;李星元
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院物理研究所
• 主分類號: G01N23/20058
• 分類號: G01N23/20058
• 代理公司: 北京市英智偉誠知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11521
• 代理人: 劉丹妮

本發(fā)明提供一種超快透射電子顯微鏡系統(tǒng)，所述超快透射電子顯微鏡系統(tǒng)包括超快激光系統(tǒng)、電子槍、照明系統(tǒng)、成像系統(tǒng)、樣品室、探測器和真空設(shè)備。所述超快透射電子顯微鏡系統(tǒng)能細(xì)致地測試樣品在不同激光參數(shù)及環(huán)境溫度下的超快結(jié)構(gòu)變化過程，包括不同激發(fā)波長、脈沖寬度、激光功率、重復(fù)頻率以及樣品溫度等，采集到的信號包括衍射、顯微圖像以及能量損失譜等，通過分析衍射峰位置、強度，圖像襯度變化等分析超快結(jié)構(gòu)變化過程。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種透射電子顯微鏡系統(tǒng)，尤其涉及一種超快透射電子顯微鏡系統(tǒng)，以及該電子顯微鏡系統(tǒng)的使用方法。

背景技術(shù)

透射電子顯微鏡，簡稱透射電鏡，把經(jīng)加速和聚焦的電子束投射到非常薄的樣品上，電子與樣品中的原子碰撞而改變方向，從而產(chǎn)生立體角散射，散射角的大小與樣品的密度、厚度相關(guān)，因此可以形成明暗不同的影像，影像將在放大、聚焦后在成像器件(如熒光屏、膠片，或者感光耦合組件)上顯示出來。

自20世紀(jì)30年代透射電鏡發(fā)明以來，透射電子顯微鏡的空間分辨率不斷提高。隨著球差校正器的使用，其空間分辨率可以突破1埃，已滿足了人們對結(jié)構(gòu)研究的絕大部分要求。研究人員開始傾向于提高透射電子顯微鏡其他維度的分辨率。隨著材料、化學(xué)和凝聚態(tài)物理發(fā)展，在材料的動態(tài)過程研究中，對透射電子顯微鏡的時間分辨率上有了很大的要求，即要求能夠觀察到足夠短的時間內(nèi)的(比如納秒，甚至飛秒)瞬間態(tài)。

對材料動態(tài)結(jié)構(gòu)的研究中，目前所采用的多為超快X射線衍射，但由于X射線本身的局限性，無法達(dá)到很高的空間分辨率，而且得到的都是大面積范圍的平均信息。對于納米尺度的局域結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化過程，只有借助于高分辨透射電子顯微鏡(TEM)才能在納米尺度，甚至在原子尺度內(nèi)觀察局域結(jié)構(gòu)的動力學(xué)過程。相比較而言，時間分辨透射電子顯微鏡的優(yōu)勢在于能綜合多種實驗技術(shù)，在高空間分辨率、能量分辨率和時間分辨率下研究物態(tài)的動力學(xué)行為。所以，發(fā)展具有時間分辨的透射電子顯微鏡就成為在原子尺度內(nèi)研究物態(tài)動力學(xué)過程的唯一有效技術(shù)。

目前，所用透射電子顯微鏡的時間分辨率主要通過記錄系統(tǒng)(即通常用的CCD相機)的記錄速率來控制，但是因為CCD(電荷耦合元件)相機的靈敏度以及電子槍發(fā)射束流的強度有限，其時間分辨率往往只能達(dá)到毫秒級別，但大部分的動態(tài)變化過程都處于納秒甚至飛秒范圍。

發(fā)明內(nèi)容

因此，基于現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種可以觀察物質(zhì)在飛秒到納秒時間尺度，以及原子空間尺度上發(fā)生的，各種超快結(jié)構(gòu)變化過程的時間分辨透射電子顯微鏡系統(tǒng)，以及該透射電子顯微鏡系統(tǒng)的使用方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種超快透射電子顯微鏡系統(tǒng)，其中，所述超快透射電子顯微鏡系統(tǒng)包括超快激光系統(tǒng)、電子槍、照明系統(tǒng)、成像系統(tǒng)、樣品室、探測器和真空設(shè)備。其中，所述激光系統(tǒng)產(chǎn)生激光，將所述激光轉(zhuǎn)換成探測激光和泵浦激光，并將所述探測激光引入所述電子槍，所述泵浦激光引入樣品室；所述電子槍將所述探測激光轉(zhuǎn)換為脈沖光電子并加速到指定電壓；所述照明系統(tǒng)將所述脈沖光電子會聚到所述樣品室中的樣品上；所述樣品室將所述泵浦激光照射到所述樣品上；所述成像系統(tǒng)使會聚到所述樣品上的所述脈沖光電子形成放大的顯微圖像或衍射圖像；所述探測器記錄所述顯微圖像或衍射圖像；所述真空設(shè)備使所述電子槍、所述照明系統(tǒng)、所述成像系統(tǒng)和所述樣品室保持高真空度。