2023ano2Lua22Na semana passada, a equipe de acadêmicos Zhu Jing da Universidade de Tsinghua, juntamente com o professor Chen Renchao da Universidade de Fudan e o professor associado Li Yuan da Universidade de Pequim, publicou na revista Nature intituladaTextura de spin topológica na fase de pseudogap de um supercondutor de alta Tc^[1] Artigos. O trabalho foi realizado usando o microscópio de eletrôns de transmissão Symer Fly (TEMPrimeira vez em falhaYBa₂Cu₃O_6.5No material foi descoberta a presença de estruturas topologicamente turbulentas magnéticas. A descoberta da estrutura do turbilhão topomagnético em escala microscópica do espaço real fornece evidências diretas da ruptura da simetria de inversão do tempo no estado de falha energética, e a descoberta de que a estrutura do turbilhão topomagnético é destruída no estado de onda de densidade de carga e reaparece quando entra no estado supercondutor, esta descoberta tem grande significado para revelar o mecanismo microscópico da supercondutividade de alta temperatura, e o microscópio eletrônico de transmissão avançado é ainda mais importante nesta descoberta. Acadêmico Zhu Jing, professor Chen Jen e outros trabalharam profundamente na área de pesquisa de materiais supercondutores, campo de pesquisa de eletroscópio de transmissão in situ de Lorentz, campo de pesquisa de microscopia elétrica por muitos anos, alcançou uma série de resultados importantes de pesquisa. Neste estudo, a equipe de pesquisadores usou o novo laboratório de microscópio eletrônico instalado na Universidade de Fudan.Espectra 300O microscópio de eletrôns de transmissão realizou testes de amostras de Lorentz a baixa temperatura, obtendo esta descoberta importante.

2021Ano, Symer voou Nanoporto de Xangai (NanoPort de Xangai, Thermo Fisher CientíficoTenho a honra de participar de alguns desses trabalhos experimentais, apoiando ativamente a criação de ambientes experimentais congelados e coleta de dados in situ. Este artigo apresentará duas técnicas de microscopia eletrônica.——Eletroscópio de Transmissão LorentzLTEM(e diferença de fase integral)iDPCpapel fundamental desempenhado nesse trabalho.

Eletroscópio de Transmissão LorentzLTEM）

normalTEMSob o caminho da luz, o objetivo está aberto e a amostra está no meio das botas polares inferiores do objetivo.~ 2TNo campo magnético forte, a estrutura magnética da amostra é destruída pelo campo magnético forte do objeto. Para observar a estrutura magnética da amostra em um ambiente não magnético, o Seimer Field lançou um eletroscópio de transmissão.TalosEletroscópio de transmissão com correção de diferençaEspectraA amostra pode ser colocada em um ambiente de campo magnético zero fechando a corrente do objetivo e observando a estrutura magnética microscópica da amostra com a lente magnética Lorentz localizada dentro das botas polares debaixo do objetivo.LTEMExistem dois padrões de imagem:FresnelModo de imagem eFoucaultModelo de imagem.FresnelO modo de imagem é a observação de uma categoria magnética ou parede de categoria através da alteração do foco da imagem. A principal característica da imagem é que o revestimento da parede da categoria magnética é oposto em condições de baixo foco e sobrefoco, enquanto a imagem focal não tem revestimento magnético.FoucaultA imagem é realizada bloqueando ou retendo o sinal de difração associado à categoria magnética na superfície pós-focal (semelhante à imagem de campo escuro).,Aplicável à observação de categorias magnéticas de diferentes orientações de magnetização. Gráfico1a-cPor falhas neste artigoYBa₂Cu₃O_6.5Foco, sobrefoco e subfoco da amostraFresnelimagem, o foco é±1,08 milímetros. Suas características de revestimento invertido, demonstra a estrutura categórica das características topológicas existentes na amostra. Além disso, a função de Lorentz no eletroscópio de transmissão Symer Fly não só permite um ambiente sem magnetismo, mas também facilita a alteração do campo magnético alterando a corrente do objeto para estudar in situ as mudanças na estrutura magnética com a intensidade do campo magnético. Neste estudo, os autores aplicaram um efeito de campo magnético externo à amostra ao alterar a corrente da lente e as características topológicas desapareceram, demonstrando ainda mais que o efeito é causado por propriedades magnéticas. O autor usou a equação de transferência de força (Equação de Intensidade de Transporte, TIETecnologia de reconstrução de fase^[2]Sim, sim.LTEMO processamento de dados da imagem obtém a direção do campo magnético e a distribuição de intensidade relativa da estrutura do turbilhão magnético topológico (Figura1d-e, i-l). Gráfico1m-nÉ porLTEMOs resultados deduziram um esquema de duas possíveis estruturas de turbinhos magnéticos. Neste artigoLTEMExperimentos voando em SeymourEspectra300，TemíseTitãAs máquinas foram verificadas repetidamente e a estrutura de turbo magnético topológico foi observada.

Gráfico1 （a-c）LTEM FresnelFalsificação de energia no modoYBa₂Cu₃O_6.5Imagens focais, sobrefocais e subfocais da amostra± 1,08 milímetrosA amostra está em300 KAmbiente de campo magnético zero, padrãode 500 nm；（d-e(Para aprovaçãoTIEAlgoritmos obtidos imagens de campo magnético e intensidade do campo magnético; （f-JAmpliar a imagem para o corte correspondente à caixa vermelha; （K-L(b) gráficos de campo magnético e intensidade de campo magnético para estruturas de turbinhos magnéticos individuais; （m-nEsquema de duas estruturas topologicamente magnéticas possíveis^[1]

Além das normaisLTEMEletroscópio de transmissão de correção de bola voadora fora da imagemEspectraSérie pode ser emparelhada através do corretor de diferença de objetivoLTEMO eixo óptico faz correção de desvio. Correção como mal no modo Lorentz pode obter melhor do que1nmA resolução da informação ajuda os pesquisadores a observar estruturas magnéticas menores.

Integração diferencial de fase (iDPC）

A ultra-alta resolução espacial do eletroscópio de transmissão com correção diferencial de esfera fornece mais informações sobre a relação entre o surgimento da estrutura de spin topológico e a estrutura cristalina local. A dopagem ou ausência de átomos de oxigênio em materiais supercondutores à base de cobre tem um impacto importante nas propriedades do material, e a observação direta da ocupação de lugar de átomos de oxigênio é de grande importância para revelar em profundidade a relação entre a microestrutura e as propriedades do material. No entanto, o eletroscópio de transmissão de varredura amplamente utilizado (STEMCampo escuro anel de alto ângulo (HAADFimagem, devido à sua recepção principal de sinais de dispersão de Rutherford de alto ângulo, o que faz com que os elementos pesados ​​não possam ser imagens simultaneamente,O CeNeOátomos não podem ser observados.STEMCampo Anular (ABFApesar de ser possível observar elementos leves,ABFAs imagens não podem ser interpretadas diretamente e existem problemas como requisitos elevados de espessura da amostra e má relação de sinal-ruído da imagem. Para resolver o problema acima, Seymour Fly propôs e desenvolveu um revestimento de fase diferencial integral (iDPC(Tecnologia).iDPCEste novo.STEMO surgimento de padrões de imagem aumentou significativamente a capacidade do microscópio eletrônico de transmissão de capturar átomos.iDPCA tecnologia tem as vantagens de alcançar a imagem simultânea de átomos leves e pesados, pode alcançar baixas doses de eletrônicos, imagem de alta resolução e alta relação sinal-ruído, revestimento de imagem fácil de interpretar, etc.^[3]Atualmente,iDPCA tecnologia tornou-se um ponto quente na caracterização de materiais, com aplicações importantes na caracterização de elementos leves, materiais bidimensionais, materiais sensíveis ao feixe de eletrões e supercondutores.iDPCTecnologia de imagem está agora integrada no eletroscópio de correção de diferença flying SymerEspectraElectroscópio de emissão de campoTalosEm cima, pode ser realizadaiDPCRecolha e exibição on-line de imagens.

Gráfico2 a) YBa₂Cu₃O_6.0，b) YBa₂Cu₃O_6.5ec) YBa₂Cu₃O_6.9Resolução atômica.iDPCImagens^[1]

Gráfico2paraYBa₂Cu₃O_6.0eYBa₂Cu₃O_6.5eYBa₂Cu₃O_6.9Alta resoluçãoiDPCAs imagens permitem observar claramente a posição dos átomos de oxigênio, conforme o conteúdo de dopagem de oxigênio varia,Cu-OA ocupação de oxigênio na cadeia aumenta gradualmente. Vale a pena notar a falha energética.YBa₂Cu₃O_6.5doCu-ONa cadeia aparece uma ordem ordenada de enriquecimento de oxigênio e falta de oxigênio. Os autores acreditam que esta disposição ordenada do oxigênio é favorável para a estrutura de turbinhos magnéticos topológicos ao longo(c)A disposição livre do eixo é a melhor área para observar a estrutura do turbilhão magnético. Os autores acreditam que a possibilidade de que a cadeia de enchimento de oxigênio estimule o magnetismo não pode ser descartada neste estágio.

A Symer vai trabalhar no desenvolvimento e aplicação de tecnologias de microscopia eletrônica relevantes para fornecer um apoio mais forte para a pesquisa de propriedades elétricas e magnéticas dos materiais.

Autor: Liu Jian

Referências

[1] Zechao Wang, Ke Pei, Liting Yang, Chendi Yang, Guanyu Chen, Xuebing Zhao, Chao Wang, Zhengwang Liu, Yuan Li, Renchao Che e Jing Zhu. Textura de spin topológica na fase de pseudogap de um supercondutor de alta Tc. Natureza (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-05731-3

[2] M. Beleggia, M.A. Schofield, V.V. Volkov, Y. Zhu. Sobre o transporte de intensidade técnica para recuperação de fase. Ultramicroscopia 102 (2004) 37-49.

[3] Ivan Lazi? Eric G.T. Bosch e Sorin Lazar. Contraste de fase STEM para amostras finas: Contraste de fase diferencial integrado. Ultramicroscopia 160, 265-280 (2016).