多模式超快电子衍射装置的设计和搭建

摘要

超快电子衍射技术具有超高的时空分辨能力，在物理、化学、材料以及生物等领域的超快动力学过程研究都有重要的应用，是目前正在快速发展的一种超快现象研究手段。 根据不同的研究需求，改变超快电子衍射的入射方式和实验布局能够探测到更加多样的信息，例如采用反射式电子衍射技术研究材料表面和界面结构动力学，利用会聚束菊池衍射研究纳米尺度的应力-应变动力学等。为此我们设计和搭建了一套具有透射和反射两种布局的超快电子衍射系统，入射电子束可工作于平行入射或会聚入射两种方式。系统还整合了样品表面清洁与表征设备，包括离子溅射仪/气体沉积装置，四极质谱仪及低能电子衍射/俄歇电子能谱联用装置等，可以用来探测体相、薄膜、表面、界面以及纳米微晶等受飞秒激光脉冲激发后的微观动力学过程。 本论文工作的主要内容是具有多种工作模式的新一代超快电子衍射装置的设计和搭建。整个装置由飞秒激光系统，泵浦-探测延迟光路，飞秒电子枪，超高真空系统，成像探测系统组成。其中超高真空系统由超高真空腔体、样品传输系统、真空泵组、引导反射镜、三维可调电子束截捕器以及多个闸板阀与观察窗等部件组成。通过创新的设计，我们的新一代多模式超快电子衍射系统具有紧凑的超高真空腔室系统，更合理的样品传输装置，将提高相关研究的效率并为更多与温度环境有关的研究提供可行性。本论文的工作完成了实验装置的硬件系统设计和建设，获取了系统工作所必须的超高真空条件，为应用超快电子衍射装置开展动力学研究做好了准备。在此基础上，我们还探索了应用超快电子衍射技术对二维材料振动特性进行研究的方法，并完成了二维材料样品的制备。

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