高时空分辨透射电子显微镜发展与应用

摘要

超快透射电子显微镜(Ultrafast Transmission Electron Microscopy,UTEM)集成了高空间和时间分辨率,使直接可视化材料的动力学过程成为可能。本文主要介绍UTEM系统的发展和应用:基于泵浦-探测(Pump-Probe)技术的UTEM系统的基本原理;目前全世界范围内几个主要机构的UTEM系统;中科院物理所李建奇研究员团队自主研发的基于热发射电子枪的第一代UTEM系统和基于场发射电子枪(Field Emission Electron Gun,FEG)的第二代UTEM系统;UTEM系统中的超快实空间成像、超快电子衍射(Ultrafast Electron Diffraction,UED)、时间分辨电子能量损失谱(Time Resolved Electron Energy Loss Spectrum,TREELS)相结合的最新研究成果,例如晶格和电子动力学、相变动力学、光诱导近场电子显微镜(Photon-Induced-Near-Field Electron Microscopy,PINEM)等。目前,超快电镜已经成为研究微纳尺度下非平衡态动力学过程的独一无二的工具。未来,随着电子脉冲质量和TEM的空间分辨率不断提高,有望实现具有更高时空分辨能力的UTEM系统。中国对UTEM的研究投入较少,当前应抓住UTEM的发展机遇,高效推进UTEM领域的关键技术、核心部件和重大产品创新和产业发展,将科技创新和产业发展紧密衔接。