Сканирующий фотоэлектрический микроскоп

Сканирующий микроскоп (СканированиеФототекущийМикроскопияА,СПКМЭто высокоточное оборудование для определения распределения интенсивности светового тока материала. Эта технология сочетает в себе оптическое возбуждение и электрические измерения для достижения пространственного распределения фотоэлектрических характеристик поверхности материала путем сканирования лазера по точкам и синхронизации сигналов светового тока. Его основные принципы включают в себя возбуждение, разделение и сбор фотонных носителей, а также пространственное отображение сигнала, процесс, который может быть использован для измерения сигнала отклика фотоэлектрического материала, тем самым демонстрируя его фотоэлектрические свойства. Когда лазер фокусируется на поверхности материала, падающая фотонная энергия поглощается и генерирует электроны.-Пещерная пара (световые носители). Под действием встроенного электрического поля или внешнего смещения эти носители эффективно отделяются, образуя направленный световой ток. Сканирующий микроскоп пропускает“Световое возбуждение-Электрическая реакция"Точное пространственное отображение визуализирует фотоэлектрическую активность поверхности материала и, следовательно, становится важным инструментом для изучения динамики носителей, характеристик интерфейса и дефектной инженерии в наноустройствах. В основе этой технологии лежит эффективное сочетание оптического сканирования с высоким разрешением и извлечения слабых электронных сигналов. В передовых областях, таких как топологические квантовые материалы и гибкие фотоэлектрические устройства, технология демонстрирует огромный потенциал для применения.

рисунок1.схема оптического тока сканирования

Применение технологии сканирования оптического тока

1. Анализ отказов устройств

Солнечные батареи из перовскита будут работать со временемПереходИ упадок,А затемЭто приводит к нестабильности устройства. Традиционная плотность тока-Напряжение (Дж-ВИзмерение кривой (какрисунокаПоказатьТолько на макроуровне раскрываются общие параметры производительности устройства, такие как эффективность.иКоэффициент заполненияи т. д.Но он не может выявить микроскопические корни снижения производительности.

рисунок2.(аСтруктура солнечных элементов с гетерогенным перовскитом (b)) ТрадицииДж-Вкривая

на основеСканирующий фотоэлектрический микроскопДоступнораспределение оптического тока на поверхности прибораА.Распределение однородных, высокосветовых токов (например, диаграмма)b)Показать) представляет собой здоровый и хорошо работающий прибор, эффективность производства и сбора заряда которого одинакова во всей активной области. И когда устройство стареет и не работает, его распределение светового тока (например, рисунок)сиdПоказать) Становится крайне неравномерным. Ярко - красный на картинке./Желтые пятна представляют собой локальные области высокого тока, которые обычно представляют собой крошечные локальные точки короткого замыкания или каналы утечки, которые рассеивают энергию, снижают выходное напряжение устройства и коэффициент заполнения. Большие синие/Фиолетовая область - это область с низким или нулевым током.“Мертвая зона"Материал в этих областях может быть разлагается, пассивирован или плохо контактирует с электродами, не может эффективно генерировать или передавать заряд, что приводит к общему снижению тока. Сканирующий микроскоп (СПКМЭто мощный инструмент неразрушающей диагностики. Это снижает производительность (Дж-ВКривая показывает снижение эффективности) непосредственно связано с микроскопическим и пространственным неравномерным распределением тока. Визуализируя точки утечки и точки отказа в мертвой зоне,можноЭто дает исследователям интуитивно понятные доказательства для анализа конкретных причин снижения производительности перовскитовых солнечных элементов (например, перенос ионов, коррозия электродов, деградация интерфейса и т. Д.), обеспечивая тем самым жизненно важное направление для руководства синтезом материалов и оптимизации структуры устройства и повышения стабильности батарей.(Ссылки:Мюльбрандти др.,RSC Adv., 2017, 7, 42973–42978)

рисунок3.(а) ПринятоДж-ВКривая квантования характеристик устройства (б-д).0，7Боже,28фотоэлектрическая диаграмма небесного прибора

2. Спонтанные фотоэлектрические эффекты в двумерной гетероструктуре

Традиционные фотоэлектрические устройства должны полагаться на электрическое поле внутри асимметричной структуры, построенной вручную для разделения фотоэлектрического заряда. И это исследование демонстрирует совершенно новый механизм, состоящий из двух различных двумерных материалов (WSeДииBPПростое сложение образует гетерогенные переходы, которые не требуют какого - либо искусственного строительстваПНУзел, основанный только на асимметрии физических свойств, присущей самому интерфейсу двух материалов, может генерировать световой ток с фиксированным направлением при свете. Этот эффект называется“Самостоятельно."Фотоэлектрический эффект. Сканирующий микроскоп (СПКМЭтот инструмент выявляет и подтверждает это явление. Как показано на рисунке, крошечный лазерный луч фокусируется и сканирует всю поверхность устройства с гетерогенным переходом и точно измеряет размер и направление светового тока, генерируемого каждой точкой, при нулевом внешнем смещении.СПКМКарта распределения светового тока, составленная таким образом, наглядно показывает, что в перекрывающейся области двух материалов, т.е. на границе гетерогенности, возникаютЗаметный и равномерный сигнал светового тока. Это ключевое доказательство изображения напрямую доказывает, что интерфейс сам по себе является эффективной активной областью фотоэлектрического преобразования. Источником этого спонтанного фотоэлектрического эффекта является нарушение естественной симметрии на гетерогенной границе.WSeДииBPОбладает различными кристаллическими структурами и электронными свойствами, такими как различные пространственные симметрии, структуры энергетических зон и т. Д. Когда они объединены, интерфейс образует внутреннее встроенное электрическое поле с фиксированным направлением. Это встроенное электрическое поле,“автоматический"Разделитель заряда, когда свет производит электроны-Когда дырочные пары времени, это электрическое поле будет приводить их к направленному движению, создавая чистый ток. Важность заключается в том, что он обеспечивает совершенно новый технический путь для реализации новых фотоэлектрических и фотоэлектрических детекторов сверхтонкого, не требующего сложных процессов легирования и превосходной производительности.(Ссылки:Акамацуи др.,Наука 372, 68–72 (2021))

рисунок4. WSeДиАBPСопоставление их гетерогенных переходов: (А-С).Световое зеркало (Д-Ф).Фотоэлектрическая карта (Г-И).схема первого сканирования фотоэлектрического потока

3. Фотоэлектрический эффект.ГлюканьеФу

МоС2ПокрытиеВО2На нанополосе исследователи сканируют устройство с помощью сканирующего микроскопа оптического тока, чтобы нарисовать пространственное распределение светового тока, и результаты ясно показывают, что Z - сильный сигнал светового тока сосредоточен на высотеVO₂Нано - полосаКраевая область, совпадающая с областью с высоким градиентом деформации.(Ссылки:большойиаль.,НатНанотехнологииА,2021 август; 16(8):894-901)

рисунок5. При лазерном облучении1Точка,2Электрический ток устройства в точках и без освещения-Кривая напряжения. На рисунке показано поперечное сечение устройства.1，2Для измерения местоположения.(а). МоС2的Е12гРежим изображения Раманаb).Результаты фотоэлектрической визуализации приборов, облученных лазером

4. Интерфейсный анализ

Сканирование светового тока по договору займа150 нм的Высокое пространствоРазрешение, точное картирование и количественный анализ графитаЭнНаномасштабное распределение потенциала в транзисторном канале. Исследование показало, что металлические электроды (Ти / Пд / Au) БудетpГрафен под легированием типа, и эффект распространяется на канал0,2 - 0,3мкмТаким образом, внтипПроникающая зона вдоль каналаСоздан ключевойп-н-пСтруктура. Используя числовой интеграл распределения светового тока, исследователи количественно реконструировали диаграмму энергетической зоны структуры, которая непосредственно объясняет графитЭнОбщая асимметрия электронов и дырок в транзисторах- Да.Его корни в том,п-нВозьми с собой.Дополнительное контактное сопротивление, а неТелоСвойства материала. Кроме того, технология успешно применяется для обнаружения однослойного и многослойного графитаЭнПередача заряда на интерфейсе с встроенным электрическим полем показывает, что он также является мощным инструментом для изучения поведения электронов на низкомерном интерфейсе гетерогенного перехода.(Ссылки:Мюллери др.,Физический обзор B 79, 245430 (2009))

рисунок6.(А). Материалы приборовРазличные уровни (В). Фотоэлектрические изображения, кроме металлических электродовСильный сигнал на границеВне, вОднослойные и многослойныеНа интерфейсе (белая пунктирная линия) также наблюдаются четкие сигналы светового тока, а полярность противоположна на обеих сторонах интерфейса(С).ГрафитЭнтранзисторВнешность исканированиефотоэлектрическая реакцияС сеточным давлениемЭволюционный процесс

5. Электричество нейронов мозгахарактеристика

Сложные нейронные схемы, соединенные субмикронными синапсами в нашем мозге, требуют технологий, способных отображать нейронные сети с сверхвысоким пространственно - временным разрешением для расшифровки потенциальных механизмов во многих аспектах нейробиологии. Объединив графеновую транзисторную решетку со сканирующей микроскопией светового тока, мы можем обнаружить электрическую активность отдельных синапсов первичных нейронов гиппокампа. Измеряя локальные изменения проводимости графенового фотозонда непосредственно в нейронных процессах, мы можем оценить внеклеточные изменения потенциала отдельных синапсов во время деполяризации. Сверхбыстрые свойства графена фотоэлектрическая реакция позволяет декодировать режим активности каждого синапса с субмиллисекундным временным разрешением. Эта новая нейронная технология предлагает многообещающий потенциал для регистрации электрофизиологических результатов отдельных синапсов в нейронных сетях.(Ссылки:Бруэри др.,Nano Letters 2018,18(9). 5702 - 5708)

рисунок7. (АИмеет интегрированный графитЭнЧетырехполостный нейрон транзистора-Схема микрожидкостного устройства для совместной культивирования глиальных клеток. (ВСхема сканирования измерения светового тока. Дифракция ограничивает лазерное пятно сквозь прозрачную крышку для сканирования графена под нейронами. (СДифференциальный интерферометрический контраст графеновых транзисторов в нейронных сетях (ДИКВ)). Два черных прямоугольника непрозрачны под графеном.АуЭлектрическая пленка. В культивируемом5Дни, используйте (d)mCherry-Синапсины (красные) и (Е)mCerulean(Синий) дифференциально транскриптивные нейроны, поддерживающие совместную культуру с глиями. частьНуУвеличенное флуоресцентное изображение красной квадратной области: (F)mCerulean(Синий)* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *(ГВ)mCherry-Синапсины (красный)* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *(H)mCeruleanиmCherryСинаптическое перекрытие* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *И (Я)GFP-GCaMP6(Зеленый).

Вне клеткиК +Концентрация от4 ММУвеличить до60 ММдля изучения химических вспышек.ДИК& Флуоресцентные изображения для распознавания синаптических контактов3А-ФЗатем лазерный луч фокусируется на соответствующем графене.-Синаптическое соединение, каждый раз50 μсСбор фотоэлектрических откликов для регистрации локальной электрической активности на стыкеА.

рисунок6.(А) В культивируемом9Небо, нейронный тип на верхней части графенового транзистораДИКИзображения. (В)mCherry-Синапсины (красный)* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *(С)mCerulean(Синий)* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *(Д)mCeruleanиmCherryсинаптофизинСуперпозиция* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *И (Е)GFP-GCaMP6(Зеленый). (F) ЧастьДПодробная флуоресценция и (Г) Изображение светового тока. (HТри высокихК +Стимулирующий графен-Синаптическое соединение (часть)FиГВ белом треугольнике) реакция светового тока (4)- 60 - 4 - 60 - 4 - 60 - 60В)). (Я) ЧастьHСпонтанная форма волны пикового импульса, указанная красной стрелкой.