Monochromated ARM200F 原子级分辨率单色化透射电子显微镜

装配有双Wien-filter 型能量单色器的JEM-ARM200F，实现了原子尺度下超高能量分辨EELS分析。

   主要特点                                                                                                                                    

1.   构成

“NEOARM”配备的新型球差校正器ASCOR能够校正高阶像差（即6重像散，目前阻碍透射电镜分辨率进一步提高的最大障碍。），ASCOR和Cold-FEG的完美组合实现了从高加速电压到低加速电压下的高分辨率。

（1）双 Wien-filter "Spot-IN and Spot-Out system"

第一个Wien-filter和静电透镜在狭缝平面上产生能量色散为 12.3 μm/eV的聚焦。在此平面处，通过插入宽度从几微米到亚微米不等的狭缝对电子束进行单色化处理。第二个Wien-filter消除能量色散，并在出口平面上产生消色差且无像散的聚焦，从而在样品平面上形成圆形探针。因此，由于来自肖特基源的点状电子束在单色化处理后在出口处再次成为点状，我们将此单色器系统命名为“入射点状和出射点状系统”。

（2）先进的八极Wien-filter

先进的八极Wien-filter能够生成均匀的偶极场，同时避免因偶极场不均匀而引发的非预期六极场的产生。

（3）装在在肖特基源与加速器之间

由于加速器处于单色器之后，并且单色器的轴向电位始终保持不变，因此该配置适用于任意加速电压条件下的应用。Mukai M, et al.: (2014) , Ultramicroscopy 140: 37–43.

2.  能量分辨率

（1） 60kV和 200kV电压下不同狭缝宽度时的能量分辨率 (0.002 sec. and 0.1 sec. 采集)

With multiple acquisitions (0.25 μm slit)

该表格展示了在 60kV和 200kV电压下，不同狭缝宽度时的能量分辨率。通过 0.002秒和 0.1秒的采集时间获得了零损耗光谱。当狭缝宽度为 0.1 微米且采集时间为 0.002 秒时，对于 60kV和200kV，能量分辨率分别为 24 meV和 30 meV。通过 0.1 秒和 0.002 秒的采集时间所得到的能量分辨率仅略有下降，这表明单色器的电气和机械稳定性良好。

（2）Zero-loss spectrum (ΔE: 14meV @30kV, 2ms)

该图展示了在30kV电压下通过 0.002 秒采集所获得的零损耗光谱的强度分布，其能量分辨率为14meV。

3.   空间分辨率  

硅[110]晶面的原始HAADF-STEM图像及其在不同能量宽度（200kV和 60 kV）下的傅里叶变换。尽管通过狭缝会导致电流损失，但这一比较表明，STEM中的晶格分辨率不受单色器的影响。在4μm和0.25μm狭缝上的功率谱均显示了各向同性的分辨率。因此，使用带有双Wien-filter系统的单色器，通过“Spot-IN and Spot-OUT系统”可以在任何能量分辨率下获得原子分辨率的圆形单色电子探针。

   Application应用                                                                                                                        

1.   hBN声子

六方BN光学声子的振动谱ΔE: 20meV @30kV

Low-loss EELS map of a hexagonal boron nitride (h-BN) with a monochromatic probe using a 0.1 μm slit. probe size = 1 nm, probe current = 10 pA, acquisition time for each pixel = 0.3 seconds.

(a) shows the ADF-STEM image the mapping area. (b) shows the extracted low-loss spectrum from the edge of the specimen indicated with the framed yellow square in Fig. (a). This spectrum, measured with ΔE = 22 meV, showed a peak corresponding to an optical phonon at 170 meV. (c) shows the EELS map at the phonon energy. The phonon intensity was delocalized at the vacuum area > 100 nm beyond the sample edge due to the delocalization of inelastical scattering of electrons.

由于电子的非弹性散射的离域，声子强度在样品边缘以外> 100nm的真空区域发生离域。

2.   表面等离子体共振

表面等离子体共振 (Gold nano-rod)  ΔE: 30meV @60kV

The results of EELS map to obtain the surface plasmon resonance using gold nano-rod, recorded at 60 kV with the energy spread of 30 meV. The probe current was 75 pA and acquisition time per pixel was 0.15 seconds. (a) HAADF, (b) low loss spectrum extracted from data cube of the spectrum imaging, (c) EELS maps of 0.1 eV energy width.

3.  分子的振动谱

Vibrational spectrum of C-H stretching from ionic liquid ΔE: 30meV @60kV

(a) Structure of ionic liquid C2mim-TFSI, which is composed of [C2mim+] cation and [TFSI-] anion. (b) The EEL spectra, calculated and experimental IR spectra with energy scale.

展示了x1 、x10 和 x250倍放大后的 EELS 光谱。在 250 倍放大的 EELS 光谱中，有一个宽峰（用箭头指示），出现在 -0.4 eV 处。这个低能峰已被证实与红外光谱中的振动峰（约 3000cm^-1）相匹配，并通过理论计算归因于[C2mim+]阳离子的 C-H 拉伸振动。

Sample courtesy of Dr. Mizoguchi, The University of Tokyo； T. Miyata, et al.: (2014) in Microscopy.