原位透射电子显微学进展及应用

文章简要介绍了近年来原位透射电子显微学的进展,并指出,原位透射电子显微技术的发展使得在纳米、原子层次观察样品在力、热、电、磁作用下以及化学反应过程中的微结构演化成为可能。通过研究物质在外界环境作用下的微结构演化规律,揭示其原子结构与物理化学性质的相关性,指导其设计合成和微结构调控,促进新物质的探索和深层次物质结构研究,为解决凝聚态物理学中的具体问题提供了直接、准确和详细的方法。     

纳米材料及HfO_2基存储器件的原位电子显微学研究

总结了我们将原位技术和透射电子显微学分析方法相结合,针对纳米材料和器件的结构、形貌、成分以及电势分布等物理性质的动态行为所开展的综合物性表征和分析工作.主要成果有:揭示了C_(60)纳米晶须在焦耳热作用下的结构相变路径;观察到了电荷俘获存储器中的电荷存储位置以及栅极电压诱导的氧空位缺陷;研究了阻变存储器中氧空位通道的形成过程以及导电通道的开关机理.这些成果不但有助于深入理解纳米材料和器件相关功能的物理机理,改善其工作性能,更展示了透射电子显微学在微电子领域强大的研究能力.     

二维原子晶体的低电压扫描透射电子显微学研究

二维原子晶体材料,如石墨烯和过渡金属硫族化合物等,具有不同于其块体的独特性能,有望在二维半导体器件中得到广泛应用.晶体中的结构缺陷对材料的物理化学性能有直接的影响,因此研究结构缺陷和局域物性之间的关联是当前二维原子晶体研究中的重要内容,需要高空间分辨率的结构研究手段.由于绝大部分二维原子晶体在高能量高剂量的电子束辐照下容易发生结构损伤,利用电子显微方法对二维原子晶体缺陷的研究面临诸多挑战.低电压球差校正扫描透射电子显微(STEM)技术的发展,一个主要目标就是希望在不损伤结构的前提下对二维原子晶体的本征结构缺陷进行研究.在STEM下,多种不同的信号能够被同步采集,包括原子序数衬度高分辨像和电子能量损失谱等,是表征二维原子晶体缺陷的有力工具,不但能对材料的本征结构进行单原子尺度的成像和能谱分析,还能记录材料结构的动态变化.通过调节电子束加速电压和电子辐照剂量,扫描透射电子显微镜也可以作为电子刻蚀二维原子晶体材料的平台,用于加工新型纳米结构以及探索新型二维原子晶体的原位制备.本综述主要以本课题组在石墨烯和二维过渡金属硫族化合物体系的研究为例,介绍低电压扫描透射电子显微学在二维原子晶体材料研究中的实际应用.     

原子尺度材料三维结构、磁性及动态演变的透射电子显微学表征

原子表征与操控是实现原子制造必须突破的物理瓶颈之一.像差校正电子显微学方法因其优异的空间分辨率,为实现原子精细制造提供了有力的表征手段.因此,利用电子显微学手段,在原子尺度对原子制造的材料及器件进行三维结构和性能的协同表征,对于深入理解原子水平材料操控的物理机理具有非常重要的意义.纳米团簇及纳米颗粒是原子制造材料与器件研究的主要对象之一,具有丰富的物理化学性质和较高的可操纵性.本文探讨纳米团簇/颗粒结构三维定量表征、使役条件下纳米团簇/颗粒结构演变定量表征、纳米颗粒/晶粒结构-成分-磁性协同定量表征等诸多方法与实例,阐明了电子显微学表征手段的突破和发展为实现精细控制的原子制造材料提供了坚实基础.     

原位动态电子显微学研究进展

随着电镜内原位技术的不断成熟和发展,透射电子显微镜不再仅仅是材料结构表征的工具,还是实现高精度纳米加工、性能测试等的重要手段。这不但丰富了纳米尺度下开展实验研究的方法,也拓宽了透射电子显微镜的应用范围,为纳米科学与技术的迅速发展提供了新的契机。本文侧重作者所在研究小组的研究工作,以"将纳米实验室建在透射电子显微镜里"的构想为主线,从材料的原位生长、结构加工、性能表征和器件构建等四个方面综述了近年来基于透射电子显微镜的代表性原位实验研究进展。     

石墨烯的透射电子显微学研究

石墨烯(Graphene)是近几年迅速发展起来的研究热点材料之一,利用透射电子显微镜(TEM)研究Gra-phene的结构特征和原子动态过程,是Graphene研究的重要进展,文章评述了利用透射电子衍射方法对Graphene的层数、堆垛方式、取向和表面形貌等结构特征进行的研究工作,介绍了利用高分辨透射电子显微术在Graphene的表面缺陷、边缘结构及吸附原子等研究领域取得的最新结果.     

石墨烯的透射电子显微学研究

石墨烯（Graphene）是近几年迅速发展起来的研究热点材料之一.利用透射电子显微镜（TEM）研究Graphene的结构特征和原子动态过程,是 Graphene研究的重要进展.文章评述了利用透射电子衍射方法对Graphene的层数、堆垛方式、取向和表面形貌等结构特征进行的研究工作,介绍了利用高分辨透射电子显微术在Graphene的表面缺陷、边缘结构及吸附原子等研究领域取得的最新结果.     

电子显微学进展及其在材料科学中的应用

文章简要介绍了高分辨电子显微学方法和电子能量损失谱的进展.文中特别指出,随着电子显微技术的发展,原子分辨电子显微图像对结构问题的深入研究有重要作用.装备有能量单色器的新一代电子显微镜,可以直接给出高能量分辨率的电子能量损失谱(优于 0.1eV).这些先进技术方法的应用,推动了晶体结构学、材料科学、物理学、纳米科学及生命科学的发展,也为解决很多重要结构问题奠定了基础.文章重点讨论了几个典型功能材料体系的结构问题:利用大角度会聚束电子衍射技术,分析了应变硅器件中的应变分布;利用原位电子显微技术,研究了新型电子铁电体LuFe2O4电荷序和物理性能的关系;深入探讨了强关联体系中电子关联效应对电子能量损失谱和电子结构的影响.     

高分辨电子显微学与电子衍射相结合的图像处理方法

介绍了一种测定晶体结构的图像处理技术，它基于高分辨电子显微学与电子电子衍射的结合。中给出了其方法的示意图。     

原位液相透射电子显微镜及其在 纳米粒子表征方面的应用

近年来,基于透射电子显微技术、微纳加工技术和薄膜制造技术的发展,原位液相透射电子显微技术产生,为构建多种纳米级分辨率尺度下的微实验平台,发展新型纳米表征技术和众多领域的相关研究提供了途径.本文首先介绍了应用于原位液相透射电子显微技术的液体腔设计要求,然后介绍了液体腔的发展和典型的制备工艺,最后综述了近年来液体腔透射电子显微镜在纳米粒子成核和生长方面的应用研究,并探讨了该技术前沿发展面临的机遇和挑战.本文将为提高我国先进纳米表征技术和原子精准构筑技术提供相关讨论和支持.     

电子显微学进展及其在材料科学中的应用

文章简要介绍了高分辨电子显微学方法和电子能量损失谱的进展.文中特别指出,随着电子显微技术的发展,原子分辨电子显微图像对结构问题的深入研究有重要作用.装备有能量单色器的新一代电子显微镜,可以直接给出高能量分辨率的电子能量损失谱(优于 0.1eV).这些先进技术方法的应用,推动了晶体结构学、材料科学、物理学、纳米科学及生命科学的发展,也为解决很多重要结构问题奠定了基础.文章重点讨论了几个典型功能材料体系的结构问题：利用大角度会聚束电子衍射技术,分析了应变硅器件中的应变分布;利用原位电子显微技术,研究了新型电子铁电体LuFe2O4电荷序和物理性能的关系;深入探讨了强关联体系中电子关联效应对电子能量损失谱和电子结构的影响.     

直拉硅单晶中原生氧沉淀的透射电镜研究

利用透射电镜对掺氮(NCZ) 和普通 (CZ) 直拉硅单晶中的原生氧沉淀进行研究. 研究表明，在NCZ样品中，有高密度的粒径为5nm的氧沉淀生成，而在CZ样品中，没有观察到这种氧沉淀. 初步认为，这种细小的氧沉淀是以650℃低温下形成的N-O复合体为核心在随后的冷却过程中形成. 关键词： 直拉硅 透射电镜 氧沉淀     

Contamination mitigation strategies for scanning transmission electron microscopy

Modern scanning transmission electron microscopy (STEM) enables imaging and microanalysis at very high magnification. In the case of aberration-corrected STEM, atomic resolution is readily achieved. However, the electron fluxes used may be up to three orders of magnitude greater than those typically employed in conventional STEM. Since specimen contamination often increases with electron flux, specimen cleanliness is a critical factor in obtaining meaningful data when carrying out high magnification STEM. A range of different specimen cleaning methods have been applied to a variety of specimen types. The contamination rate has been measured quantitatively to assess the effectiveness of cleaning. The methods studied include: baking, cooling, plasma cleaning, beam showering and UV/ozone exposure. Of the methods tested, beam showering is rapid, experimentally convenient and very effective on a wide range of specimens. Oxidative plasma cleaning is also very effective and can be applied to specimens on carbon support films, albeit with some care. For electron beam-sensitive materials, cooling may be the method of choice. In most cases, preliminary removal of the bulk of the contamination by methods such as baking or plasma cleaning, followed by beam showering, where necessary, can result in a contamination-free specimen suitable for extended atomic scale imaging and analysis.     

In situ TEM characterisation of dislocation interactions in α-titanium

In situ straining in the transmission electron microscope and diffraction-contrast electron tomography has been applied to investigate dislocation interactions in α-Ti. Dislocation debris, in the form of small loops, was seen to form from sequential cross-slip events. Electron tomography provided direct three-dimensional visualisation of the dislocation structures, allowing accurate identification of slip planes, dislocation line directions and spatial relations between dislocations.