JEM-Z200MF無磁場透射電子顯微鏡

JEM-Z200MF是一款無磁場物鏡的電子顯微鏡，可以在不向樣品施加強磁場的情況下實現高分辨率觀察。結合高次像差校正器，可以實現原子級分辨率成像。

   主要特點                                                                                                                                      

1.   無磁場物鏡  

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，從而形成一個具有無磁場環境和短焦距的物鏡。短焦距可降低色差并提高整體穩定性。結合高階像差校正器，可實現原子級分辨率成像。通過內置在透鏡周圍的線圈，可以向樣品施加Z方向的磁場。

2.   雙球差校正

JEM-Z200MF在照明側和成像側均配備了雙校正系統，可實現高分辨率的STEM和TEM成像。

3.   照明系統  

STEM校正器可以以兩種模式運行，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  

在JEM-Z200MF顯微鏡上，現在可以通過按下一個按鈕在CV（常規）模式和HR（高分辨率）模式之間切換，以進行暗場/明場觀察。

   應用                                                                                                                                              

1.     原子尺度上的可視化電場/磁場分布

       相差襯度像（DPC）

該方法通過使用分段或像素化探測器測量樣品內部的電場/磁場引起的電子束微小偏轉來實現這一目的。

2.     降低衍射對比度的DPC STEM法

       Tilt-Scan system

JEM-Z200MF配備了專用的電子束偏轉系統，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無磁場透射電子顯微鏡

 應用實例                                                                                                                                      

1.   高分辨STEM成像  

無磁場物鏡與探針側雙校正器系統的結合，在無磁場條件下可實現原子分辨率的STEM成像。大收束角模式能夠實現 0.1 納米量級的高空間分辨率 STEM 觀察。

左圖：鐵Σ9 晶界的HAADF STEM像。

插入圖是晶界結構的單胞平均圖。通過校正物鏡的球面像差，可以直接觀察Fe的晶界結構。

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圖像及其對應的快速傅里葉變換（FFT）圖樣。

FFT圖中顯示的橙色圓圈對應于 1 ? 處的信息傳遞。該 STEM 圖像是通過累加 30 幅漂移補償圖像而形成的。

2.   雙球差校正HR模式下，高分辨TEM成像

HR 模式能夠在無磁場條件下實現更高放大倍數的TEM觀察。結合像側球差校正器，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模式下的明場和暗場TEM圖像  

JEM-Z200MF 使物理結構特征與磁性結構特征的關聯變得簡單。在 CV 模式下，衍射平面與物鏡光闌平面對齊，便于選擇衍射特征，從而生成磁性材料的明場和暗場圖像。

純鐵樣品中位錯的明場和暗場圖像。

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

數據提供：島根大學 荒川一晃教授

4.   Lorentz-TEM image / Fresnel method  

使用傳統物鏡的TEM，為了觀察磁疇結構，必須關閉物鏡。而使用JEM-Z200MF，即使在物鏡正常激發的情況下，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；圖 b - d . 利用環繞物鏡的磁場發生線圈，在 Z 軸方向施加外部磁場。

數據提供:  Dr. Takumi Sannomiya, Tokyo Institute of Technology