JEM-Z200MF無(wú)磁場(chǎng)透射電子顯微鏡

JEM-Z200MF是一款無(wú)磁場(chǎng)物鏡的電子顯微鏡，可以在不向樣品施加強(qiáng)磁場(chǎng)的情況下實(shí)現(xiàn)高分辨率觀察。結(jié)合高次像差校正器，可以實(shí)現(xiàn)原子級(jí)分辨率成像。

   主要特點(diǎn)                                                                                                                                      

1.   無(wú)磁場(chǎng)物鏡  

JEM-Z200MF物鏡由位于樣品上方和下方的兩塊透鏡（FOL/BOL）組成。這兩塊透鏡在樣品平面處相互抵消磁場(chǎng)，從而形成一個(gè)具有無(wú)磁場(chǎng)環(huán)境和短焦距的物鏡。短焦距可降低色差并提高整體穩(wěn)定性。結(jié)合高階像差校正器，可實(shí)現(xiàn)原子級(jí)分辨率成像。通過(guò)內(nèi)置在透鏡周?chē)木€圈，可以向樣品施加Z方向的磁場(chǎng)。

2.   雙球差校正

JEM-Z200MF在照明側(cè)和成像側(cè)均配備了雙校正系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)高分辨率的STEM和TEM成像。

3.   照明系統(tǒng)  

STEM校正器可以以兩種模式運(yùn)行，一種適用于高分辨率觀察，另一種適用于高靈敏度DPC研究。

4.     成像系統(tǒng)  

在JEM-Z200MF顯微鏡上，現(xiàn)在可以通過(guò)按下一個(gè)按鈕在CV（常規(guī)）模式和HR（高分辨率）模式之間切換，以進(jìn)行暗場(chǎng)/明場(chǎng)觀察。

   應(yīng)用                                                                                                                                              

1.     原子尺度上的可視化電場(chǎng)/磁場(chǎng)分布

       相差襯度像（DPC）

該方法通過(guò)使用分段或像素化探測(cè)器測(cè)量樣品內(nèi)部的電場(chǎng)/磁場(chǎng)引起的電子束微小偏轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目的。

2.     降低衍射對(duì)比度的DPC STEM法

       Tilt-Scan system

JEM-Z200MF配備了專用的電子束偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，可以改變電子束入射角度。 將不同的入射角度下獲取的多張DPC STEM圖像疊加在一起，可以減少衍射襯度的影響，如下圖所示（傾斜掃描平均DPC STEM，t-DPC-STEM）。

  JEM-Z200MF無(wú)磁場(chǎng)透射電子顯微鏡

 應(yīng)用實(shí)例                                                                                                                                      

1.   高分辨STEM成像  

無(wú)磁場(chǎng)物鏡與探針側(cè)雙校正器系統(tǒng)的結(jié)合，在無(wú)磁場(chǎng)條件下可實(shí)現(xiàn)原子分辨率的STEM成像。大收束角模式能夠?qū)崿F(xiàn) 0.1 納米量級(jí)的高空間分辨率 STEM 觀察。

左圖：鐵Σ9 晶界的HAADF STEM像。

插入圖是晶界結(jié)構(gòu)的單胞平均圖。通過(guò)校正物鏡的球面像差，可以直接觀察Fe的晶界結(jié)構(gòu)。

T. Seki et. al, Incommensurate grain-boundary atomic structure, Nature Communications 14, 7806 (2023), Fig. 1

右圖: 釹鐵硼磁體（Nd2Fe14B）沿[001]方向拍攝的高分辨HAADF-STEM圖像及其對(duì)應(yīng)的快速傅里葉變換（FFT）圖樣。

FFT圖中顯示的橙色圓圈對(duì)應(yīng)于 1 ? 處的信息傳遞。該 STEM 圖像是通過(guò)累加 30 幅漂移補(bǔ)償圖像而形成的。

2.   雙球差校正HR模式下，高分辨TEM成像

HR 模式能夠在無(wú)磁場(chǎng)條件下實(shí)現(xiàn)更高放大倍數(shù)的TEM觀察。結(jié)合像側(cè)球差校正器，可以獲得原子晶格分辨的 TEM 圖像。

磁性納米顆粒Fe3O4的高分辨TEM像。

通過(guò)物鏡球差校正，能夠清晰地觀察到原子的排列。

3.   CV模式下的明場(chǎng)和暗場(chǎng)TEM圖像  

JEM-Z200MF 使物理結(jié)構(gòu)特征與磁性結(jié)構(gòu)特征的關(guān)聯(lián)變得簡(jiǎn)單。在 CV 模式下，衍射平面與物鏡光闌平面對(duì)齊，便于選擇衍射特征，從而生成磁性材料的明場(chǎng)和暗場(chǎng)圖像。

純鐵樣品中位錯(cuò)的明場(chǎng)和暗場(chǎng)圖像。

樣品在液氮溫度下變形 5% 以引入位錯(cuò)。黃色圓圈表示物鏡光闌的位置。入射方向：接近<001>

數(shù)據(jù)提供：島根大學(xué) 荒川一晃教授

4.   Lorentz-TEM image / Fresnel method  

使用傳統(tǒng)物鏡的TEM，為了觀察磁疇結(jié)構(gòu)，必須關(guān)閉物鏡。而使用JEM-Z200MF，即使在物鏡正常激發(fā)的情況下，也很容易觀察到磁疇。

Under focused image / defocus value -800 μm

采用Fresnel法觀察Fe22Ni78合金薄膜中的磁疇。黑色和白色箭頭指示磁疇壁的位置。

圖 a . Fe22Ni78合金薄膜的剩磁狀態(tài)；圖 b - d . 利用環(huán)繞物鏡的磁場(chǎng)發(fā)生線圈，在 Z 軸方向施加外部磁場(chǎng)。

數(shù)據(jù)提供:  Dr. Takumi Sannomiya, Tokyo Institute of Technology