Ultrafast electron microscopy in material science

Recent advances in the ultrafast transmission electron microscope(UTEM), with combined spatial and temporal resolutions, have made it possible to directly visualize the atomic, electronic, and magnetic structural dynamics of materials.In this review, we highlight the recent progress of UTEM techniques and their applications to a variety of material systems.It is emphasized that numerous significant ultrafast dynamic issues in material science can be solved by the integration of the pump–probe approach with the well-developed conventional transmission electron microscopy(TEM) techniques. For instance, UTEM diffraction experiments can be performed to investigate photoinduced atomic-scale dynamics, including the chemical reactions, non-equilibrium phase transition/melting, and lattice phonon coupling. UTEM imaging methods are invaluable for studying, in real space, the elementary processes of structural and morphological changes, as well as magnetic-domain evolution in the Lorentz TEM mode, at a high magnification. UTEM electron energy-loss spectroscopic techniques allow the examination of the ultrafast valence states and electronic structure dynamics, while photoinduced near-field electron microscopy extends the capability of the UTEM to the regime of electromagnetic-field imaging with a high real space resolution.     

电子铁电体研究进展

电子铁电性是基于关联体系电荷有序态的一种新的物理现象。近期研究发现,这种新型铁电体通常表现出丰富的磁电性质和耦合效应,在发展可控性多功能微电子器件方面具有广阔的应用前景。本文重点介绍了电子型铁电体代表材料LuFe2O4的实验和理论研究进展,着重探讨了电荷序相变,极化机理,介电,铁电,磁电耦合等重要物理性能。随后,简要介绍了其它体系在相关问题研究中的进展情况,包括：钙钛矿体系Pr(Ca)MnO3,Fe3O4和有机材料(TMTTF)2X等。     

纳米结构中磁斯格明子的原位电子全息研究

斯格明子(skyrmion)磁序结构与晶体微观结构的关联是新型功能磁材料和器件研发的重要问题.本文利用微纳加工技术制备了形状、尺寸均可控的磁纳米结构,通过电子全息术观察定量地分析了斯格明子磁序结构,确定了材料晶格缺陷和空间受限效应对斯格明子磁结构形成和稳定机制的影响,系统地分析了斯格明子基元的磁功能与材料微结构的关联.文中主要探讨了两个问题:1)斯格明子在磁纳米结构中的空间受限效应.重点研究斯格明子磁序随外磁场和温度变化的演变规律,探索其演变过程的拓扑属性和稳定性;2)晶格缺陷对斯格明子磁结构的影响,重点考察晶界原子结构手性反转对斯格明子磁序的影响.这些研究结果可为研发以磁斯格明子为基元的磁信息存储器及自旋电子学器件提供重要实验基础.     

铁络合物/八面沸石催化剂中沸石主体的纳米效应

 采用自由配体法制备了Fephen／nano－X和Fephen／nano－Y两种\r\n不同粒度的Fephen／八面沸石纳米复合材料（简称为Fephen／FAU），\r\n并采用X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、漫反射紫外－可见光谱、热\r\n重－差热分析和催化反应等手段对其进行了表征．研究结果发现，采用\r\n纳米沸石作主体是自由配体法制备金属络合物／分子筛复合材料中提高\r\n络合物负载量的有效方法．催化反应结果表明，与普通粒度的Fephen／\r\nY复合材料相比，两种不同粒度的Fephen／nano－X和Fephen／nano－Y\r\n纳米复合材料对环己烷氧化反应的催化活性有很大的提高．由于两种纳\r\n米沸石主体的差异，两种纳米复合材料的催化性能也明显不同，不仅对\r\n环己烷的转化能力不同，对氧化产物的选择性也不同．     

现代透射电子显微技术在多铁材料研究中的应用

文章简要介绍了材料科学研究中被广泛应用的透射电子显微(TEM)技术及其在多铁材料研究中的应用,并给出了几个典型案例:利用球差矫正原子分辨扫描透射电子显微术(STEM),并和电子能量损失谱(EELS)相结合,分析多铁异质结界面处的原子分布、离子价态和化学键的变化;结合球差矫正原子分辨透射电子显微图像(HRTEM)和STEM图像,分析多铁材料中的局域对称性破缺和电极化特性;利用原位变温及电/磁场加载技术,研究多铁材料中的结构相变和电畴/磁畴的动态演变特性。文章特别指出,现代透射电子显微学是全面分析理解多铁材料局域微结构,探讨多铁耦合机制及其物理根源的有效手段。