2023año2Luna22El pasado día, el equipo del académico Zhu Jing de la Universidad de tsinghua, junto con el Profesor che renchao de la Universidad de Fudan y el Profesor asociado Li Yuan de la Universidad de pekín, publicó en la revista Nature el título“Textura de giro topológica en la fase de pseudohueco de un superconductor de alta Tc”^[1] Artículo. El trabajo de investigación se llevó a cabo con el microscopio electrónico de transmisión semerfei.TEM) la primera vez en el Estado de brecha pseudoenergéticaYBa₂Cu₃El O_6.5Se encontró la existencia de estructuras de vórtice magnético topológico en el material. El descubrimiento de esta estructura de vórtice magnético topológico proporciona evidencia de imagen directa de la ruptura de la simetría de inversión de tiempo en el Estado de brecha pseudoenergética a escala microscópica en el espacio real, y descubre que la estructura de vórtice magnético topológico se destruye cuando entra en el Estado de onda de densidad de carga y reaparece cuando entra en El Estado superconductor. este descubrimiento es de gran importancia para revelar el mecanismo microscópico de la Superconductividad de alta temperatura, y el microscopio electrónico de transmisión avanzado ha contribuido aún más a este descubrimiento. El académico Zhu jing, el Profesor che renchao y otros han cultivado profundamente el campo de la investigación de materiales superconductores, el campo de la investigación de microscopía electrónica de transmisión in situ a baja temperatura de Lorenz y el campo de la investigación de microscopía electrónica durante muchos años, y han logrado una serie de resultados de investigación importantes. En este estudio, el equipo de investigación utilizó la nueva instalación del laboratorio de microscopía electrónica de la Universidad de fudan.Spectra 300El microscopio electrónico de transmisión realizó una prueba de muestra de Lorenz a baja temperatura y obtuvo este importante descubrimiento.

2021En el año, Semer voló al nanopuerto de shanghai..Shanghai NanoPort, Thermo Fisher Científico) tuvo la suerte de participar en algunos de estos trabajos experimentales y cooperó activamente con el apoyo en la creación de un entorno experimental de congelación y la adquisición de datos in situ. Este artículo introducirá principalmente dos tecnologías de microscopía electrónica.- -Microscopía electrónica de transmisión de lorenz..LTEM) y contraste de fase diferencial integral..iDPC) un papel clave en el Trabajo.

Microscopía electrónica de transmisión de lorenz..LTEM(...)

NormalTEMBajo el camino de la luz, la lente está abierta y la muestra está en medio de las botas polares superior e inferior de la lente.~ 2TEn el fuerte campo magnético, la estructura magnética característica de la muestra será destruida por el fuerte campo magnético del objetivo. Para observar la estructura magnética característica de la muestra en un entorno no magnético, el campo volador de Semer emite microscopía electrónica de transmisiónTalosMicroscopía electrónica de transmisión de corrección de diferencia esféricaSpectraAmbos pueden mantener la muestra en un entorno de campo magnético cero apagando la corriente eléctrica del objetivo, y luego la observación de la estructura magnética intrínseca microscópica de la muestra se puede realizar mediante una lente magnética Lorenz ubicada en el interior de la bota polar bajo el objetivo.LTEMHay dos modos principales de imagen:FresnelModo de imagen yFoucaultModo de imagen.FresnelEl modo de imagen es la observación de campos magnéticos o paredes de dominio cambiando la cantidad de desenfoque de la imagen. La característica principal de su imagen es que el revestimiento de la pared del dominio magnético es lo contrario en condiciones de subenfoque y enfoque excesivo, mientras que la imagen de enfoque positivo no tiene revestimiento magnético.FoucaultLa imagen se realiza bloqueando o conservando señales difractivas relacionadas con el dominio magnético en el plano focal trasero (similar a imágenes de campo oscuro),Es adecuado para observar dominios magnéticos con diferentes orientaciones magnéticas. Imagen1a-cSon los Estados de brecha pseudoenergética en este artículo.YBa₂Cu₃El O_6.5Coque positivo, sobrecalentado y subquemado de la muestraFresnelImagen, desenfoque±1,08 mmLas características de contraste de su inversión demuestran efectivamente la existencia de estructuras de dominio con características topográficas en la muestra. Además, la función Lorenz en la microscopía electrónica de transmisión de semerfei no solo puede lograr un entorno no magnético, sino que también puede cambiar fácilmente el campo magnético cambiando la corriente del objetivo para estudiar in situ los cambios de la estructura magnética con la intensidad del campo magnético. En este estudio, los autores demostraron además que el efecto fue causado por las características magnéticas cambiando la corriente de la lente para aplicar un campo magnético externo a la muestra y las características topográficas desaparecieron. Los autores utilizan la ecuación de transferencia de intensidad..Transporte de la ecuación de intensidad, TIETecnología de reconstrucción de fase^[2], síLTEMLa imagen se procesa para obtener la dirección del campo magnético y la distribución de la intensidad relativa de la estructura del vórtice magnético topológico (figura).1d-e, i-l). Imagen1m-nEs porLTEMComo resultado, se especulan dos posibles esquemas de estructuras de vórtice magnético. En el artículoLTEMLos experimentos se llevaron a cabo en semerfei.Spectra300,TemísyTitánLa Plataforma se verificó repetidamente y se observaron estructuras de vórtice magnético topológico.

Imagen1 ()a-c(...)LTEM FresnelEstado de brecha pseudoenergética en modoYBa₂Cu₃El O_6.5Imagen de enfoque positivo, enfoque excesivo y enfoque inferior de la muestra (la cantidad de desenfoque es± 1,08 mm), la muestra se encuentra en300 K, entorno de campo magnético cero, la regla esde 500 nm;..d-e) para su aprobaciónTIEImagen del campo magnético y la intensidad del campo magnético obtenida por el algoritmo; ()f-j) ampliar la imagen para el Corte correspondiente a la Caja roja; ()k-L) es un mapa de la intensidad del campo magnético y el campo magnético de una sola estructura de vórtice magnético; ()m-n) es un diagrama esquemático de dos posibles estructuras de vórtice magnético topológico^[1]

Además de lo habitualLTEMAdemás de la imagen, la microscopía electrónica de transmisión de corrección de la diferencia de bola de Semer FlyingSpectraLa serie se puede emparejar a través del corrector de diferencia de bola de la lenteLTEMEl eje óptico se corrige con la distorsión. Corrección de aberrancia se puede obtener mejor en modo Lorenz1 nmResolución de información, ayudando así a los investigadores científicos a observar estructuras magnéticas más pequeñas.

Contraste de fase diferencial integral..iDPC(...)

La resolución espacial ultra alta del microscopio electrónico de transmisión de corrección de diferencia esférica proporciona más información sobre la relación entre la aparición de estructuras de giro topológico y estructuras de cristal locales. El dopaje o ausencia de átomos de oxígeno en materiales superconductores a base de cobre tiene un impacto importante en las propiedades del material, y la observación directa de la ocupación de átomos de oxígeno es de gran importancia para revelar en profundidad la relación entre la microestructura y las propiedades del material. Sin embargo, la microscopía electrónica de transmisión de barrido ampliamente utilizada..STEM) campo oscuro circular de ángulo alto..Imagen de campo oscuro circular de alto ángulo) la imagen, debido a que recibe principalmente señales de dispersión de Rutherford de alto ángulo, hace que los elementos ligeros y pesados no puedan ser imágenes al mismo tiempo,C,N,El OLos átomos ligeros no se pueden observar.STEMCampo abierto circularABF) como si aunque se pudieran observar elementos ligerosABFLa imagen no se puede interpretar directamente, y hay problemas como altos requisitos de espesor de la muestra y mala relación señal - ruido de la imagen. Para resolver los problemas anteriores, semerfei propuso y desarrolló el contraste de fase diferencial integral.iDPC) tecnología.iDPCEste nuevoSTEMLa aparición del modo de imagen ha mejorado considerablemente la capacidad del microscopio electrónico de transmisión para capturar átomos.iDPCLa tecnología tiene las ventajas de realizar imágenes simultáneas de átomos ligeros y pesados, realizar imágenes de baja dosis de electrones, imágenes de alta resolución y alta relación señal - ruido, y el contraste de la imagen es fácil de interpretar.^[3]. en la actualidad,iDPCLa tecnología se ha convertido en un punto caliente técnico en el campo de la caracterización de materiales, y tiene importantes aplicaciones en los campos de la caracterización de la ocupación de elementos ligeros, materiales bidimensionales, materiales sensibles a haces de electrones y superconductores.iDPCLa tecnología de imágenes se ha integrado ahora en el microscopio electrónico de corrección de la diferencia de bola de Semer flying.SpectraMicroscopía electrónica de emisión de campo de armoníaTalosArriba, se puede lograriDPCAdquisición y visualización en línea de imágenes.

Imagen2 a) YBa₂Cu₃El O_6.0,b) YBa₂Cu₃El O_6.5yc) YBa₂Cu₃El O_6.9Resolución AtómicaiDPCimagen^[1]

Imagen2paraYBa₂Cu₃El O_6.0,YBa₂Cu₃El O_6.5yYBa₂Cu₃El O_6.9Alta resolucióniDPCLas imágenes permiten observar claramente la posición de los átomos de oxígeno, dependiendo del contenido de dopaje de oxígeno,Cu-OLa ocupación de oxígeno en la cadena aumenta gradualmente. Vale la pena señalar el Estado de brecha pseudoenergética.YBa₂Cu₃El O_6.5DeCu-OEn la cadena apareció una disposición ordenada de enriquecimiento de oxígeno y pérdida de oxígeno. Los autores creen que esta disposición ordenada de oxígeno es propicia para el vórtice magnético topológico a lo largo de la estructura.cEl eje está dispuesto libremente y es la mejor región para observar la estructura del vórtice magnético. Los autores creen que en esta etapa no se puede descartar la posibilidad de que la cadena de llenado de oxígeno estimule el magnetismo.

Semerfei se dedicará a la investigación y desarrollo y aplicación de tecnologías de microscopía electrónica relacionadas, proporcionando una ayuda más poderosa para la investigación de las propiedades eléctricas y magnéticas de los materiales.

Autor: Liu Jian

Referencias

[1] Zechao Wang, Ke Pei, Liting Yang, Chendi Yang, Guanyu Chen, Xuebing Zhao, Chao Wang, Zhengwang Liu, Yuan Li, Renchao Che y Jing Zhu. Textura de espin topológica en la fase de pseudohueco de un superconductor de alta Tc. Naturaleza (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-05731-3

[2] M. Beleggia, M. A. Schofield, V. V. Volkov, Y. Zhu. Sobre el transporte de la técnica de intensidad para la recuperación de fase. Ultramicroscopía 102 (2004) 37–49.

¿Ivan Lazi? Eric G.T. Bosch y Sorin Lazar. Contraste de fase STEM para muestras delgadas: Contraste de fase diferencial integrado. Ultramicroscopía 160, 265-280 (2016).