Катодолюминесцентный ( КЛ ) микроскоп сочетает в себе методы электронного и обычного (светооптического) микроскопов . [1] Предназначен для исследования люминесцентных характеристик полированных шлифов твердых тел, облученных электронным пучком .
С помощью катодолюминесцентного микроскопа можно сделать видимыми структуры внутри кристаллов или тканей, которые невозможно увидеть при нормальном освещении. Так, например, можно получить ценную информацию о росте минералов. КЛ-микроскопия применяется в геологии , минералогии и материаловедении ( горные породы , минералы , вулканический пепел , стекло , керамика , бетон , летучая зола и др.). Совсем недавно ученые начали исследовать его применение для изучения биологических образцов, используя неорганические нанокристаллы, легированные редкоземельными элементами, в качестве зондов для визуализации. [2] Коррелятивную катодолюминесцентную электронную микроскопию (CCLEM) также можно проводить на образцах, полученных в секциях сфокусированного ионного пучка (FIB), что потенциально позволяет использовать 3D CCLEM. [3]
Цвет и интенсивность ХЛ зависят от характеристик образца и условий работы электронной пушки . Здесь основное значение имеют ускоряющее напряжение и ток электронного пучка . Сегодня используются два типа КЛ-микроскопов. Один работает с « холодным катодом », генерируя электронный луч с помощью трубки коронного разряда , другой создает луч, используя « горячий катод ». КЛ-микроскопы с холодным катодом — самый простой и экономичный тип. В отличие от других методов электронной бомбардировки, таких как электронная микроскопия , холодная катодолюминесцентная микроскопия обеспечивает получение положительных ионов вместе с электронами, которые нейтрализуют накопление поверхностного заряда и устраняют необходимость нанесения на образцы проводящих покрытий. Тип «горячий катод» генерирует электронный луч с помощью электронной пушки с вольфрамовой нитью. Преимуществом горячего катода является точно контролируемая высокая интенсивность луча, позволяющая стимулировать излучение света даже на слаболюминесцирующих материалах (например, кварце – см. рисунок). Чтобы предотвратить зарядку образца, поверхность необходимо покрыть проводящим слоем золота или углерода . Обычно это делается с помощью устройства для напыления или устройства для нанесения углеродного покрытия.
Системы CL также могут быть подключены к сканирующему электронному микроскопу . Эти устройства традиционно используются для специальных применений, например, в исследованиях в области материаловедения , геолого-геофизических исследований , оптических исследований или определения качества керамики . [4] Новые системы РЭМ КЛ могут быть использованы для исследований в области нанофотоники . [5] Наиболее заметным преимуществом является их большее увеличение. Однако информацию о цвете КЛ можно получить только путем спектроскопического анализа люминесцентного излучения.
Непосредственное наблюдение цветов излучения обеспечивают только оптические КЛ-микроскопы как с «холодным», так и с «горячим» катодом.
Совсем недавно в Институте ФОМ AMOLF была разработана система катодолюминесцентной микроскопии с угловым разрешением . Это метод сверхвысокого разрешения , позволяющий создавать изображения с разрешением до 10 нм. [6] С 2011 года эта технология стала коммерчески доступной. [7] [8]
Помимо состава материала, катодолюминесцентную микроскопию можно использовать для исследования структур, изготовленных из известных материалов, но с богатыми их комбинациями. В этом случае КЛ способен измерять локальную плотность состояний (LDOS) наноструктурированной фотонной среды, где интенсивность излучаемого КЛ напрямую отражает количество доступных фотонных состояний. Это очень актуально для таких материалов, как фотонные кристаллы или сложные топологии, для которых достигаются большие вариации LDOS в нанометровых масштабах. [9]
С другой стороны, вариации LDOS следует учитывать при анализе стандартных карт CL.
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )