Монохромный ARM200F

Монохроматор с двойным фильтром Вина для JEM-ARM200F был недавно разработан для реализации анализа EELS со сверхвысоким энергетическим разрешением в атомарном масштабе.

Особенности

Конфигурация

Двойной фильтр Вина "Spot-IN и Spot-Out system"

Первый фильтр Вина и электростатическая линза создают фокус с дисперсией энергии 1 мкм/эВ в плоскости щели. В этой плоскости электронный пучок монохромируется путем введения щели различной ширины в диапазоне от нескольких микрон до субмикрон. Второй фильтр Вина компенсирует дисперсию энергии и создает ахроматический и стигматический фокус в выходной плоскости, что приводит к круглому зонду на плоскости образца. Таким образом, поскольку точечный пучок от источника Шоттки снова становится пятном на выходе после монохромации, мы назвали эту монохроматорную систему «системой Spot-IN и Spot-OUT».

Сложный фильтр Octopole Wien

Сложный октопольный фильтр Вина создает однородное дипольное поле без нежелательного гексапольного поля из-за неоднородности дипольного поля.

Расположен между источником Шоттки и ускорителем

При заданной настройке монохроматор работает универсально при любых ускоряющих напряжениях, так как ускоритель расположен после монохроматора и аксиальный потенциал монохроматора поддерживается постоянным.

Мукаи М. и др.: (2014), Ультрамикроскопия 140: 37-43.

Энергетическое разрешение

С различной шириной щелей на 60 кВ и 200 кВ

(0.002 сек. и 0.1 сек. сбор данных)

С несколькими захватами (щель 0.25 мкм)

Спектр без потерь (ΔE: 14 мэВ при 30 кВ, 2 мс)

В таблице показано энергетическое разрешение для щелей разной ширины при 60 кВ и 200 кВ. Спектры с нулевыми потерями были получены со временем сбора данных 0.002 с. и 0.1 сек. Предельное энергетическое разрешение 24 мэВ для 60 кВ и 30 мэВ для 200 кВ со временем регистрации 0.002 с и щелью 0.1 мкм. Энергетическое разрешение при регистрации 0.1 с и 0.002 с показывает лишь небольшое снижение энергетического разрешения, что свидетельствует о хорошей электрической и механической стабильности монохроматора.

На рисунке показан профиль интенсивности спектра с нулевыми потерями, полученный за 0.002 с при напряжении 30 кВ, демонстрирующий энергетическое разрешение 14 мэВ.

Пространственное разрешение

Необработанные изображения HAADF-STEM Si [110] и их преобразования Фурье с разной энергетической шириной при 200 кВ и 60 кВ. Хотя потеря тока из-за щели неизбежна, это сравнение демонстрирует, что монохроматор не влияет на разрешение решетки в STEM. Оба спектра мощности на щелях 4 мкм и 0.25 мкм показали изотропное разрешение. Таким образом, с помощью монохроматора с двойной системой фильтров Вина можно получить круглый монохроматический электронный зонд с атомарным разрешением при любом энергетическом разрешении благодаря системе «Spot-IN и Spot-OUT».

Применение 1 фонон hBN

Колебательный спектр оптического фонона от гексагонального BN ΔE: 20 мэВ при 30 кВ

Карта EELS с низкими потерями для гексагонального нитрида бора (h-BN) с монохроматическим зондом с щелью 0.1 мкм. размер зонда = 1 нм, ток зонда = 10 пА, время сбора данных для каждого пикселя = 0.3 секунды. (а) показывает изображение ADF-STEM области картирования. (б) показывает извлеченный спектр с малыми потерями от края образца, обозначенного желтым квадратом в рамке на рис. (а). Этот спектр, измеренный при ΔE = 22 мэВ, показал пик, соответствующий оптическому фонону при 170 мэВ. (c) показывает карту EELS при энергии фонона. Интенсивность фононов была делокализована в области вакуума > 100 нм за краем образца из-за делокализации неупругого рассеяния электронов.

Применение 2 поверхностный плазмонный резонанс

Поверхностный плазмонный резонанс (золотой наностержень) ΔE: 30 мэВ при 60 кВ

Результаты карты EELS для получения поверхностного плазмонного резонанса с использованием золотого наностержня, записанные при напряжении 60 кВ с разбросом энергии 30 мэВ. Ток зонда составлял 75 пА, а время сбора данных на пиксель составляло 0.15 секунды.

(a) HAADF, (b) спектр с низкими потерями, извлеченный из куба данных изображения спектра, (c) карты EELS с шириной энергии 0.1 эВ

Application3 Колебательный спектр молекулы

Колебательный спектр растяжения CH из ионной жидкости ΔE: 30 мэВ при 60 кВ

(а) Структура ионной жидкости C₂mim-TFSI, который состоит из [C₂меня⁺] катион и [TFSI^-] анион.
(б) Спектры EEL, расчетные и экспериментальные ИК-спектры со шкалой энергии.

Образец предоставлен доктором Мидзогути, Токийский университет.

Т. Мията и др.: (2014) в микроскопии.

Фото

Кино

Easy Monochrometor Operation «Установка и изменение энергетического разрешения»

Подробнее