原位透射电镜光电测试系统的研制

材料的性质决定于结构，尤其是低维材料的性质对微区结构、表面界面、掺杂和缺陷等高度敏感。针对同一材料微区/单个纳米结构进行性质测量和原位高分辨结构表征，直接建立性质与结构的一一对应关系，是实验研究的一个基本任务。本项目拟研发原位透射电镜光电测试系统，由透射电镜样品台及其内置的三维扫瞄探针、光学测量通道和电学测量电路四部分组成。设计制作光纤探针、透镜和特殊抛面镜，收集检测微区弱光信号。拟研制的仪器在原子结构分辨下（0.2纳米）测量微区/纳米结构的光学和光电性质，具有光学性质（阴极发光、电致发光和光致发光）、光电转换性质和纳尺度下光、机、电耦合和相互调制特性等测量功能，并可对样品进行操纵（精度2纳米），针对指定微区或个别纳米结构进行再重入和定位测量。拟研制的仪器尚无商业产品，将依靠我们已有的技术积累和研制经验，自主完成研制任务。我国有上千台电镜，预计研制的仪器有较多的安装需求，并可推向国际市场。

本项目研制原位透射电镜光电测试系统，属于实验物理研究尤其是纳米操纵和纳米测量表征方面的重要仪器。在项目执行期间（2011-2013年）按照任务书计划开展工作，完成了研制内容，达到了任务书要求的指标，实现了预期目标。研制完成情况和取得的主要结果如下：.1)设计完善扫描探针控制器，自制的扫描探针控制器属于目前国际上应用最先进的控制器，用于研制原位透射电镜中的扫描探针装置，实现了弱电信号测量的高稳定性和高信噪比；材料结构表征分辨率达到任务书要求的指标0.2纳米，并可在原子尺度观察表征动态过程和纳米材料的性质；探针扫描范围和精度超过任务书指标：任务书要求的精度是2纳米，实际完成精度在1纳米以下。制作原位透射电镜双倾转样品台，通过样品台的双倾转功能，获得了对称的晶体衍射谱，从而获得清晰的二维晶格像，这是原位透射电镜表征和测量技术方面的重要进展。.2)研制完成原位透射电镜光纤探针光学测试装置，实现材料微区光学性质测量。可检测弱光信号，实现了单根纳米线发光光谱测量。扫描光纤探针的光学测量与电学测量集于一体，可用于研究纳米材料或材料微区的光学性质、光电性质等。.3)利用研制原位透射电镜光电测试仪器，开展科研工作。研究了单根半导体纳米线的电学、光学和光电性质，获得了半导体纳米线电学性质与结构关系、阴极荧光特性以及光电流对机械形变的响应规律等，取得了有意义的研究进展，并发表了学术论文。. 到目前为止，本项目已发表标注资助号的SCI论文8篇，申请了3项仪器研制方面的发明专利，其中授权1项，在重要国际学术会议上做邀请报告5次，全国学术会议邀请报告3次。目前在读研究生8名，毕业研究生2名。在研期间获得国家自然科学二等奖1项。