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美國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開發(fā)納米材料的光譜溫度計(jì)
美國(guó)能源部科學(xué)辦公室發(fā)布消息，能源部橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種測(cè)量納米尺度局部溫度的新方法。其題為“基于能量增益損耗光譜學(xué)利用納米級(jí)電子探針進(jìn)行溫度測(cè)量”的論文發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上。
這項(xiàng)研究使用新型設(shè)備“高能量分辨率單色電子能量增益損失譜掃描透射電子顯微鏡（HERMES）”，采用了可生成高空間分辨率和高光譜細(xì)節(jié)圖像的電子能量增益光譜學(xué)技術(shù)。HERMES設(shè)備通過直接觀察與材料中的熱量相對(duì)應(yīng)的原子振動(dòng)，來測(cè)量半導(dǎo)體六方氮化硼的溫度。
與其它溫度計(jì)需要標(biāo)定刻度相比，HERMES這種“溫度計(jì)”不需要做溫度標(biāo)定，也不用事先了解材料的任何信息，只需知道材料中原子振動(dòng)的能量和強(qiáng)度，即可直接測(cè)量納米尺度的溫度。
HERMES設(shè)備使用單色電子束穿過被測(cè)樣品，大部分電子幾乎不與樣品相互作用，在能量損耗譜中，電子在通過樣品時(shí)損失能量，而在能量增益譜中，電子通過與樣品相互作用獲得能量。當(dāng)樣品變熱時(shí)，觀察到能量增益的可能性更大。HERMES能觀察到非常小的能量增益或損失，再根據(jù)統(tǒng)計(jì)物理原理通過檢測(cè)電子能量的增益或損耗譜來計(jì)算樣品溫度。
HERMES設(shè)備可用于研究在很寬的溫度范圍內(nèi)工作的器件，該項(xiàng)目研究了在室溫到約1300攝氏度的范圍內(nèi)的溫度測(cè)量。納米級(jí)分辨率使研究人員能夠在材料相變過程中表征局部溫度。納米尺度的溫度測(cè)量能力還有助于推進(jìn)微電子器件、半導(dǎo)體材料等技術(shù)，這些技術(shù)的發(fā)展需要測(cè)繪出原子級(jí)的熱振動(dòng)。
