Захват всех прошедших электронов позволяет количественно измерить свойства материалов, такие как внутренние электрические и магнитные поля, которые важны для использования материалов в запоминающих устройствах и электронике.В Корнельском университете мы разработали и протестировали новый детектор для электронных микроскопов, который позволяет проводить количественные измерения электрических и магнитных полей от микрометров до атомного разрешения.
Устройство представляет собой адаптацию технологии твердотельного детектора рентгеновского излучения, которую мы разработали в течение последних пятнадцати лет, которая теперь модифицирована для работы в качестве высокоскоростной электронной дифракционной камеры с широким динамическим диапазоном. Динамический диапазон обозначает максимальный диапазон сигналов, который может быть обнаружен пикселем.Результирующий детектор матрицы пикселей электронного микроскопа записывает кадр изображения менее чем за миллисекунду и может обнаруживать от 1 до 1 000 000 первичных электронов на пиксель на кадр изображения. Это в 1000 раз больше динамического диапазона и в 100 раз быстрее, чем у обычных датчиков электронного изображения.
Эти свойства позволяют нам записывать всю ненасыщенную дифракционную картину в режиме сканирования и одновременно получать информацию о ярком поле, темном поле и фазовом контрасте, а также анализировать полное распределение рассеяния, открывая путь для новых многоканальных режимов визуализации. Из анализа пространственно разрешенных дифракционных картин мы можем извлечь локальные деформации, наклоны, повороты, полярность и даже электрические и магнитные поля.Разработка пиксельного матричного детектора (PAD) в лаборатории SMG поддерживается Министерством энергетики США (DOE), Управлением науки (SC), грантом DE-FG02-10ER46693 и источником синхротрона высокой энергии Корнелла (CHESS), который поддерживается Национальным научным фондом (NSF) и Национальным институтом здравоохранения (NIH), Национальным институтом общих медицинских наук через грант DMR-1332208.
Используемая архитектура PAD была разработана как детектор рентгеновского излучения за последние полтора десятилетия в результате сотрудничества между группой SMG и Area Detector Systems Corp. (Poway, CA) в рамках гранта NIH R44 RR014613 и гранта DOE / SC DE-FG02- 97ER62443.Адаптация рентгеновского PAD к растровому просвечивающему электронному микроскопу (STEM) была поддержана Институтом Кавли в Корнелле по наноразмерным наукам.
Сбор данных с электронного микроскопа (KXN, DAM) был поддержан Корнельским центром исследований материалов, Научно-техническим центром NSF (MRSEC) в рамках гранта DMR-1120296.Пол Фишионе из Fischione Instruments предоставил базовый кольцевой корпус детектора темного поля.