高速超分辨激光扫描显微镜 - 产品信息 - 相关知识

2025-01-10 10:49:53高速超分辨激光扫描显微镜: 高速超分辨激光扫描显微镜是一种先进的成像技术，能够在细胞或组织水平上实现超越传统光学衍射极限的高分辨率成像。它利用激光作为光源，通过特定的扫描方式和算法处理，有效减小光斑尺寸，提高成像清晰度。该技术具有成像速度快、分辨率高、三维成像能力强等特点，能够揭示细胞内部更精细的结构和功能，为生物学、医学等领域的研究提供了强有力的支持。

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高速超分辨激光扫描显微镜问答

2025-05-19 11:15:18扫描探针显微镜用哪些激光: 扫描探针显微镜用哪些激光扫描探针显微镜（SPM）是一种高精度的表面成像与分析工具，广泛应用于材料科学、生物学、纳米技术等多个领域。为了实现高分辨率的表面成像与测量，扫描探针显微镜通常需要结合激光技术。不同类型的激光在扫描探针显微镜中的应用，可以提高图像分辨率、增强信号强度、或者实现特定的实验功能。本文将深入探讨扫描探针显微镜中常用的激光类型，以及它们各自的特点和应用场景。激光在扫描探针显微镜中的作用扫描探针显微镜的工作原理是通过探针与样品表面之间的相互作用来获取表面信息。激光在这一过程中，通常用于提供激发信号或是增强探针的反馈信号。通过激光激发，扫描探针显微镜能够高效地获取表面形貌、物质分布等信息。在使用不同波长的激光时，显微镜的解析度和灵敏度可以得到相应的提升，因此选择合适的激光源是实验成功的关键之一。常用激光类型氦氖激光（HeNe激光）氦氖激光是一种常见的单色激光，具有较长的波长（通常为632.8纳米），适用于表面成像及拉曼光谱等技术。其优点在于稳定性强、成本相对较低，是早期扫描探针显微镜的常用激光。氩离子激光（Ar+激光）氩离子激光通常具有较短的波长（如488纳米和514纳米），能够提供更高的光强，适用于荧光成像、光散射等高分辨率成像应用。在扫描探针显微镜中，氩离子激光常用于纳米尺度的表面特性分析。二氧化碳激光（CO2激光）二氧化碳激光的波长较长（约10.6微米），常用于热力学性质的研究。在一些需要加热或表面化学反应的扫描探针显微镜实验中，CO2激光能够提供有效的能量源，促进样品的热响应。半导体激光（Diode激光）半导体激光因其调节性强、体积小、成本较低而广泛应用于扫描探针显微镜中。根据波长的不同，半导体激光可以为不同的实验提供所需的光源。它们常用于光谱分析、近场光学显微成像等高精度实验中。激光的选择与应用选择合适的激光源通常取决于实验的具体需求。波长的选择直接影响到激发信号的效率与样品的响应，因此不同的激光类型适用于不同的研究场景。例如，在进行生物样品的荧光成像时，氩离子激光由于其较短的波长和高强度光源，经常被用于激发荧光信号。而在进行纳米尺度的材料分析时，氦氖激光由于其稳定性和较低的功率常常被选用。激光的光束质量和功率稳定性也至关重要。扫描探针显微镜中的激光源需要具有良好的光束质量，以保证高精度的表面成像。稳定的功率输出能确保实验结果的可重复性。总结扫描探针显微镜作为一种高精度的纳米级分析工具，其性能在很大程度上依赖于激光源的选择。不同波长和特性的激光能够为各种实验提供理想的激发源，从而提高成像分辨率、增强信号强度，或实现特定的实验目标。随着技术的发展，激光技术在扫描探针显微镜中的应用将更加广泛和多样化，这对于推动纳米技术和表面科学的研究具有重要意义。

2023-05-18 16:59:34全共线多功能超快光谱仪与高精度激光扫描显微镜，二维材料与超快: 全共线多功能超快光谱仪BIGFOOT MONSTR Sense Technologies是由密歇根大学研究人员成立的科研设备制造公司。该公司致力于研发为半导体研究应用而优化的超快光谱仪和显微镜，突破性的技术可将光学器件和射频电子器件耦合在一起，以稳健的方式测量具有干涉精度的光学信号，真正实现一套设备、一束激光、多种功能。图1. 全共线多功能超快光谱仪BIGFOOT 全共线多功能超快光谱仪BIGFOOT不仅兼具共振和非共振超快光谱探测，还可以兼容瞬态吸收光谱（Transient absorption (TAS)）、相干拉曼光谱(Coherent Raman Spectroscopy (CRS))、多维相干光谱探测(Multidimensional Coherent Spectroscopy (MDCS))。开创性的全共线光路设计，使其可以与该公司研发的高精度激光扫描显微镜（NESSIE）联用，实现超高分辨超快光谱显微成像。全共线多功能超快光谱仪的开发也充分考虑了用户的使用体验，系统软件可自动调控参数，光路自动对齐、无需校正等特点都使得它简单易用。全共线多功能超快光谱仪BIGFOOT主要技术参数：高精度激光扫描显微镜NESSIE MONSTR Sense Technologies的高精度激光扫描显微镜NESSIE可用入射激光快速扫描样品，在几秒钟内就能获得高光谱图像。该设备可适配不同高度的样品台和低温光学恒温器，物镜高度最多可变化5英寸，大样品尺寸同样适用。NESSIE显微镜是具有独立功能，可以与几乎任何基于激光测量与高分辨率成像的设备集成在一起，也非常适合与该公司研发的全共线多功能超快光谱仪集成。图2. 高精度激光扫描显微镜NESSIE 高精度激光扫描显微镜-NESSIE的输入信号为单个激光光束，输出信号为样品探测点收集的单个反向传播光束，这样的光路设计确保了反传播信号在扫描图像时不会相对于输入光束漂移，因而非常适用于激光的实验中的成像显微镜系统。图3. 使用NESSIE在室温下测量的GaAs量子阱的图像。a）用相机测量的白光图像。b）用调谐到GaAs带隙的80MHz激光器（5mW激光输出）进行激光扫描线性反射率测量。c）同时测量的激光扫描四波混频图像揭示了影响GaAs层的亚表面缺陷 BIGFOOT+NESSIE应用案例：1. 高精度激光扫描显微镜用于材料表征美国密歇根大学课题组通过使用基于非线性四波混频（FWM）技术的多维相干光谱MDCS测量先进材料的非线性响应，利用激子退相和激子寿命来评估先进材料的质量。课题组使用通过化学气相沉积生长的WSe2单分子层作为一个典型的例子来证明这些功能。研究表明，提取材料参数，如FWM强度、去相时间、激发态寿命和暗/局部态分布，比目前普遍的技术，包括白光显微镜和线性微反射光谱学，可以更准确地评估样品的质量。在室温下实时使用超快非线性成像具有对先进材料和其他材料的快速原位样品表征的潜力。图4. (a)通过拟合时域单指数衰减得到的样本的去相时间图，在图(a)中用三角形标记的选定样本点处的FWM振幅去相曲线【参考】Eric Martin, et al; Rapid multiplex ultrafast nonlinear microscopy for material characterization. Optics Express 30, 45008 (2022). 2.二维材料中激子相互作用和耦合的成像研究过渡金属二卤代化合物（TMDs）是量子信息科学和相关器件领域非常有潜力的材料。在TMD单分子层中，去相时间和非均匀性是任何量子信息应用的关键参数。在TMD异质结构中，耦合强度和层间激子寿命也是值得关注的参数。通常，TMD材料研究中的许多演示只能在样本上的特定点实现，这对应用的可拓展性提出了挑战。美国密歇根大学课题组使用了多维相干成像光谱（Multi-dimensional coherent spectroscopy, 简称MDCS），阐明了MoSe2单分子层的基础物理性质——包括去相、不均匀性和应变，并确定了量子信息的应用前景。此外，课题组将同样的技术应用于MoSe2/WSe2异质结构研究。尽管存在显著的应变和电介质环境变化，但相干和非相干耦合和层间激子寿命在整个样品中大多是稳健的。图5. （a）hBN封装的MoSe2/WSe2异质结构的白光图像。（b）MoSe2/WSe2异质结构在图（a）中的标记的三个不同样本点处的低功率低温MDCS光谱。（c）图（b）中所示的四个峰值的FWM(Four-Wave Mixing)四波混频积分图。（d）MoSe2/WSe2异质结构上的MoSe2共振能量图。（e）MoSe2/WSe2异质结构的WSe2共振能量图。（f）所有采样点的MoSe2共振能量与WSe2共振能量【参考】Eric Martin, et al; Imaging dynamic exciton interactions and coupling in transition metal dichalcogenides, J. Chem. Phys. 156, 214704 (2022) 3. 掺杂MoSe2单层中吸引和排斥极化子的量子动力学研究当可移动的杂质被引入并耦合到费米海时，就形成了被称为费米极化子的新准粒子。费米极化子问题有两个有趣但截然不同的机制： (i)吸引极化子（AP）分支与配对现象有关，跨越从BCS超流到分子的玻色-爱因斯坦凝聚；（ii）排斥分支（RP），这是斯通纳流动铁磁性的物理基础。二维系统中的费米极化子的研究中，许多关于其性质的问题和争论仍然存在。黄迪教授课题组使用了Monstr Sense公司的全共线多功能超快光谱仪BIGFOOT研究了掺杂的MoSe2单分子层。课题组发现观测到的AP-RP能量分裂和吸引极化子的量子动力学与极化子理论的预测一致。随着掺杂密度的增加，吸引极化子的量子退相保持不变，表明准粒子稳定，而排斥极化子的退相率几乎呈二次增长。费米极化子的动力学对于理解导致其形成的成对和磁不稳定性至关重要。图6. 单层MoSe2在不同栅极电压下的单量子重相位振幅谱【参考】Di HUANG, et al; Quantum Dynamics of Attractive and Repulsive Polarons in a Doped MoSe2 Monolayer, PHYSICAL REVIEW X 13, 011029 (2023)

2025-10-27 15:15:20扫描透射电子显微镜是什么: 扫描透射电子显微镜（STEM）作为现代材料科学、纳米技术以及生命科学研究中不可或缺的工具，凭借其高分辨率和优越的成像能力，极大地推动了微观世界的探索。本篇文章将深入解析扫描透射电子显微镜的基本原理、结构组成、技术优势及在科研领域的核心应用，旨在帮助读者全面理解这一仪器的技术特性及其科研价值。一、扫描透射电子显微镜的基本原理扫描透射电子显微镜结合了扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）的优点，利用电子束扫描样品表面，生成高分辨率的内部结构图像。在操作过程中，电子束被聚焦成细束，逐点扫描样品，穿透样品后被不同区域的原子散射。通过检测电子的穿透和散射，STEM可以获取样品的微观结构和化学组成信息，其分辨率甚至可以达到亚纳米级别。二、结构组成与工作原理 STEM主要由高强度电子枪、电子透镜系统、扫描控制系统和检测器组成。电子枪发射加速电子，经过一系列电子透镜聚焦成细电子束。扫描系统通过精密的扫描线控制电子束在样品上的运动轨迹，样品通过特殊的支持架固定在样品架上。检测器如能量色散X射线（EDS）和电子能谱分析（EELS）则供应材料的化学和电子结构信息。整个系统通过实时扫描与信号采集，重建出细腻的二/三维微观图像，提供丰富的结构与成分信息。三、技术优势与创新点相比传统的显微技术，STEM具有多项独特优势。其极高的空间分辨率使微米、纳米甚至亚纳米尺度的结构成像成为可能。STEM结合了多种分析技术，如EDS和EELS，可以在同一平台实现元素分析与化学状态检测。先进的扫描算法和电子源的优化提升了成像速度和成像质量，同时降低了样品的辐射损伤，尤其重要于生命科学和有机材料研究。四、在科研中的广泛应用科学研究中，STEM扮演着关键角色。从材料科学的角度，它被用来观察先驱材料如纳米粒子、二维材料和复合材料的原子排列。对于电子器件开发，STEM可以详细分析晶格缺陷和界面结构，为性能优化提供依据。在生命科学领域，STEM使得生物样品的超高分辨率成像成为可能，即使是在不破坏样品的基础上揭示细胞内部的复杂微观结构。除此之外，STEM在催化剂研究、能源存储以及环境科学中都显示出巨大的应用潜力。五、未来发展方向与挑战未来，随着电子源和检测器技术的进步，STEM有望实现更快的扫描速度和更高的空间分辨率。样品制备方面也在不断创新，以适应更复杂和多样的研究需求。STEM仍面临辐射损伤、样品制备困难以及设备成本高昂的挑战。跨学科的技术融合，如与人工智能的结合，也为其未来的发展打开了新的思路。结语扫描透射电子显微镜作为一种结合了高空间分辨率与多功能分析能力的先进显微技术，正不断拓展其在科学研究中的边界。借助其强大的成像和定量分析能力，STEM正为解码微观世界的奥秘提供无可替代的工具，推动科学从宏观走向微观、从定性走向量化的深层次理解。未来，随着技术的不断演进，STEM必将在材料科学、生物医药以及纳米技术等领域扮演更加核心的角色。

2025-10-27 15:15:20扫描透射电子显微镜怎么操作: 扫描透射电子显微镜（STEM）作为现代材料分析和纳米科学研究中的关键工具，其复杂的操作流程和技术细节需要专业的熟练掌握。本文将详细介绍扫描透射电子显微镜的操作步骤，从样品准备、设备调试到成像和数据分析，帮助科研人员、技术人员以及设备操作者理解和掌握其关键操作方法。通过科学、系统的介绍，本文旨在为使用者提供一份操作指南，确保设备发挥大性能，获得高质量的显微图像，满足研究需求。样品准备是STEM操作中的基础环节。ROI（感兴趣区域）样品必须经过严格的制备工艺，以确保其在高真空下具有良好的导电性和稳定性。常用的方法包括超薄切片、离子束刻蚀和涂覆金属薄层。样品厚度应控制在几纳米到几十纳米之间，避免因厚度过大导致的低信噪比或成像模糊。样品的安装要求确保其在样品架上的稳固性，避免在操作过程中出现移动或变形，影响图像质量。设备调试包括真空系统的检测与维护、电子枪的启动与调节、透镜系统的对准。在启动前，确保真空环境达到设备指定的标准，排除杂质。电子枪应在适当的电流和电压下预热，确保电子束的稳定性。透镜系统通过调节偏转和聚焦电极，实现电子束的细化和集中，达到佳照明和成像效果。在操作中，操作者应根据不同的研究目标调节扫描速率、放大倍数及成像参数，以获得高分辨率的微观结构图像。在成像过程中，扫描速率和加速电压的选择直接影响图像的清晰度和对比度。一般建议采用较低的加速电压（如80-200kV）进行材料表面和纳米结构成像，以减少辐照损伤。扫描线数和采样宽度应根据样品的特性调整，平衡成像速度和图像质量。操作过程中，注意调节焦距和像差补偿参数，确保图像清晰、无畸变。强烈推荐使用多种成像模式（如暗场、明场和高角偏转等）进行多角度、多尺度的分析。数据分析与保存也是STEM操作的重要部分。操作完成后，需对所获取的图像进行必要的后期处理，如对比度调整、噪声滤波和三维重建，提升图像的科研价值。设备通常配备专用的软件工具，用于分析样品的晶体结构、缺陷特征以及元素分布等信息。确保数据文件的规范命名和备份，为后续研究提供可靠的基础。专业的STEM操作不仅依赖先进的设备，更依赖于操作者的经验和技术水平。正确的样品准备、细致的调试和科学的成像策略，都是获得高品质数据的保障。未来，随着技术的不断革新，扫描透射电子显微镜将在多学科领域展现更大的潜力，为理解微观世界提供更深层次的洞察。

2025-10-27 15:15:20扫描透射电子显微镜怎么分析: 扫描透射电子显微镜怎么分析：深度探讨扫描透射电子显微镜（Scanning Transmission Electron Microscope，简称STEM）是一种结合了扫描电子显微镜（SEM）与透射电子显微镜（TEM）优点的先进显微技术。它不仅能够实现高分辨率的样品成像，还能提供材料内部的详细分析，广泛应用于材料科学、纳米技术、生物学等领域。在本文中，我们将深入探讨如何使用扫描透射电子显微镜进行样品分析，探索其工作原理、技术优势以及具体应用，帮助读者更好地理解这一高精度分析工具的操作和价值。扫描透射电子显微镜的基本原理扫描透射电子显微镜结合了扫描电子显微镜与透射电子显微镜的特点，能够通过两种不同的成像方式提供更高精度的分析结果。其基本原理是在电子束照射到样品表面时，通过样品的透射部分形成图像，同时也能扫描样品表面进行详细的表面分析。在扫描模式下，电子束通过扫描样品表面，从不同角度反射回探测器。此时，利用电子束与样品的相互作用，如背散射、二次电子等信号，可以分析表面形态、元素组成等信息。而透射模式则是电子束穿透薄样品，经过样品的不同区域后，再通过图像重构分析其内部结构。STEM通过这两种方式的结合，实现了对样品表面与内部的全面观察。 STEM分析的技术优势高分辨率成像 STEM相比传统的SEM和TEM在分辨率上有显著优势。利用高能电子束，STEM可以达到更小的分辨率，甚至能够观察到原子级别的细节。其分辨率可达到0.1纳米甚至更低，这使得它在材料科学和纳米技术中的应用成为可能。多功能性 STEM不仅可以进行常规的表面成像，还可以对样品进行高分辨率的晶体结构分析、元素分布研究等。通过联用能谱仪（EDX）和电子能量损失光谱仪（EELS），STEM能够分析样品的元素组成、化学状态、电子结构等深层信息。深度分析由于其结合了扫描与透射两种模式，STEM能够同时获得表面和内部的详细信息，这对多层材料和复杂结构的分析尤其重要。例如，在纳米材料的研究中，STEM能够清晰显示不同层次的界面、缺陷、晶格畸变等信息，为研究者提供更全面的数据。 STEM分析过程样品制备扫描透射电子显微镜对样品的厚度要求较高。为了确保电子束能够透过样品并形成高质量的图像，样品必须被切割得非常薄，通常要求厚度不超过100纳米。样品制备过程需要精细操作，确保样品的表面光滑且无污染。成像模式选择在进行分析之前，研究人员需要根据样品的性质和分析需求选择适合的成像模式。STEM常见的模式包括高分辨率成像（HRTEM模式）、暗场成像（DFSTEM模式）和亮场成像（BFSTEM模式）等。不同的模式适用于不同类型的分析，如表面形态、内部结构、元素分布等。数据采集与分析扫描透射电子显微镜能够在短时间内采集大量数据。通过控制电子束的扫描方式，研究人员可以获得样品的高分辨率图像，并结合能谱数据分析样品的成分和化学性质。进一步的图像处理和数据分析可以帮助研究人员揭示样品的微观结构特征。 STEM在不同领域的应用材料科学 STEM在材料科学领域的应用尤为广泛，尤其在纳米材料和新型合金的研究中。通过高分辨率的成像，STEM能够直接观察到材料中的缺陷、晶粒结构、相界面等微观特征。借助EELS和EDX技术，STEM还能进行元素分析，为材料的性质研究提供重要信息。生物学研究 STEM在生物学领域的应用主要体现在细胞结构和病毒分析方面。由于其优异的分辨率，STEM能够清晰地揭示细胞器的形态及其相互关系，对细胞生物学和疾病研究具有重要意义。半导体产业在半导体制造中，STEM被用于检测芯片的缺陷分析、表面形貌检查和质量控制。通过对微小结构的详细观察，STEM能够有效检测出电子器件中的微小缺陷，为半导体的研发和生产提供支持。结论扫描透射电子显微镜（STEM）是一项强大的科学研究工具，凭借其高分辨率、多功能性和深度分析能力，在众多领域中发挥着重要作用。无论是材料科学中的纳米级结构研究，还是生物学中的细胞分析，STEM都能够提供无法替代的细节信息。通过对STEM分析过程的理解，研究人员可以更加高效地使用这一技术，推动科学技术的发展。随着STEM技术的不断进步，其应用范围和潜力将进一步扩大，为各个领域带来更多创新性的突破。

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