Методы in situ‑трансмиссионной электронной микроскопии представляют собой подходы, позволяющие в реальном времени наблюдать и регистрировать динамические отклики образцов, находящихся внутри электронного микроскопа, на различные внешние возбуждающие сигналы; это одно из перспективных направлений исследований в современной науке о характеризации структуры веществ. По принципу реализации и функциональным возможностям такие методы можно условно разделить на две основные группы:

(1) Ин‑ситу‑решения на основе технологии MEMS‑чипов. Такие решения используют ин‑ситу‑столик образца, оснащённый MEMS‑чипом, что в ТЭМ позволяет осуществлять функции нагрева, электрических измерений, а также работу в жидкой и газовой средах.

(2) Ин‑ситу‑решения на основе наноманипуляционной технологии STM. Такие решения используют сканирующий зондовый модуль, интегрированный в головку ин‑ситу‑образца, совмещённый с блоками измерений I‑V, оптических и фотоэлектрических измерений, а также низкотемпературных или механических измерений, что позволяет в ТЭМ осуществлять ин‑ситу‑манипуляцию с разрешением на уровне субнанометра, электрические измерения, спектроскопические и фотоэлектрические измерения, работу в условиях низких температур, а также механические измерения.

Казалось бы, эти два подхода уже охватывают все возможные варианты приложения возбуждения непосредственно в месте исследования; так в чём же заключается будущее метода TEM‑анализа in situ?

После непрерывных исследований и разработок компания «ZEPTOOLS» предложила весьма оригинальное решение: объединить технологии STM и MEMS.

Компания, являясь сегодня единственным в мире производителем, одновременно владеющим технологиями высокоточной СТМ‑ТЭМ и высококачественной обработкой MEMS‑чипов для in‑situ ТЭМ, инновационно представила комплексное решение MEMS‑СТМ‑ТЭМ: In‑situ MST — многофункциональная лаборатория.

Этот подход, благодаря весьма изящной конструкции, позволяет интегрировать электрическую‑нагревательную систему на основе МЭМС с системой СТМ (или оптической‑фотоэлектрической системой) в крайне ограниченное пространство головки зонда ТЭМ; таким образом, можно одновременно подавать на исследуемый образец до четырёх различных возбуждающих сигналов. В сочетании с проведением in situ‑наблюдений в режиме ТЭМ это даёт исследователям возможность выйти за рамки традиционных методов и взглянуть на проблему с более высокой абстрактной точки зрения.

Этот подход, на первый взгляд, кажется вполне логичным, однако он далеко не сводится к простому «смешению всего подряд». У меня, как у автора, уровень знаний ограничен, поэтому предлагаю несколько идей для вашего рассмотрения:

(1) Термическое растяжение/сжатие (нагрев образца + электрические зонды): в ТЭМ проводят эксперименты по термическому растяжению или сжатию материала, одновременно осуществляя in situ‑наблюдение за соответствующими изменениями кристаллической структуры в ходе этих процессов;

P.S.: В ходе данного эксперимента при необходимости можно дополнительно подавать электрические и оптические сигналы, чтобы изучить их влияние на результаты эксперимента.

(2) Термоэлектронная эмиссия/полевая эмиссия (нагревательный чип + электрический зонд): в ТЭМ с помощью нагревательного чипа осуществляется нагрев образца, при этом чип выступает катодом, а электрический зонд создаёт электрическое поле и служит анодом; под совместным воздействием нагрева и электрического поля формируется ток, который затем наблюдается в режиме in situ с использованием ТЭМ.

P.S.: В ходе данного эксперимента при необходимости можно дополнительно приложить внешние напряжения и оптические сигналы, чтобы изучить их влияние на результаты эксперимента.

(3) Измерения трёхконтактных устройств (электрический чип + электрический зонд): в рамках ТЭМ с использованием электрического чипа и электрического зонда формируется система измерений трёхконтактных устройств, позволяющая совместно с ТЭМ осуществлять точные измерения и проводить наблюдения в режиме in situ.

P.S.: В ходе данного эксперимента при необходимости можно дополнительно воздействовать внешними напряжениями и оптическими сигналами, чтобы изучить их влияние на результаты эксперимента.

(4) Электролюминесцентный спектр (электрический чип + оптоволоконный зонд): в ТЭМ с помощью электрического чипа на материал подаётся электрический сигнал, вызывающий его свечение; световой сигнал собирается оптоволоконным зондом и, после подключения к спектрометру, формируется электролюминесцентный спектр.

P.S.: По сравнению с чисто оптоэлектронным зондирующим стержнем данный подход обладает преимуществом — позволяет подавать многоконтактные электрические сигналы, а при необходимости — также прикладывать термические воздействия и напряжения в заданных точках.

(5) Оптоэлектрические измерения (электронный чип + оптоволоконный зонд): с помощью лазера, подключённого к оптоволоконному зонду, на образец подаётся оптический сигнал, а возникающий фототок регистрируется электронным чипом. Данное явление дополнительно исследуется в режиме in situ при помощи ТЭМ;

P.S.: При необходимости можно также воздействовать на систему тепловыми полями и задавать напряжения в выбранных точках, а также наблюдать за влиянием этих параметров на эксперимент.

Ин‑ситу MST — многофункциональная лаборатория, которая представляет собой не только высокоинтегрированную систему измерений, встроенную в ТЭМ, но и самостоятельный высококлассный исследовательский комплекс; это результат двадцатилетних разработок команды Zeyou Technology, предлагающий перспективное решение для будущего методов ин‑ситу анализа в ТЭМ.

Чтобы узнать больше о деталях экспериментов и ознакомиться с примерами исследований, отправьте письмо на support@zeptools.com. В официальном аккаунте также будут регулярно публиковаться исследования различных продуктов.