Kính hiển vi quang hiện tại quét

-Hiển thị manipulator (QuétHình ảnh hiện tạiKính hiển vi，SPCM) là một thiết bị có độ chính xác cao để phát hiện sự phân bố cường độ dòng quang của vật liệu. Công nghệ này kết hợp kích thích quang học với đo điện để đạt được hình ảnh phân bố không gian về các đặc tính quang điện của bề mặt vật liệu bằng cách quét laser từng điểm và ghi lại đồng bộ các tín hiệu quang hiện tại. Các nguyên tắc cốt lõi của nó liên quan đến kích thích, tách và thu thập các tàu sân bay quang sinh, cũng như ánh xạ không gian của các tín hiệu, một quá trình có thể được sử dụng để đo tín hiệu phản ứng của vật liệu quang điện và do đó mô tả đặc tính quang điện của chúng. Khi laser tập trung vào bề mặt vật liệu, năng lượng photon tới được hấp thụ và tạo ra các electron.-Cặp lỗ rỗng (quang sinh vận lưu tử). Dưới điện trường nội bộ hoặc thiên vị bổ sung, các tàu sân bay này được tách ra một cách hiệu quả để tạo thành dòng điện quang định hướng. Quét kính hiển vi quang hiện tại Vượt qua“Kích thích ánh sáng-Phản hồi điện”Bản đồ không gian chính xác, trực quan hóa hoạt động quang điện của bề mặt vật liệu, do đó trở thành một công cụ quan trọng để nghiên cứu động lực học tàu sân bay, đặc điểm giao diện và kỹ thuật khiếm khuyết trong các thiết bị nano. Trọng tâm của công nghệ này là sự kết hợp hiệu quả giữa quét quang học có độ phân giải cao và trích xuất tín hiệu điện tử yếu. Trong các lĩnh vực tiên tiến như vật liệu lượng tử topo và thiết bị quang điện linh hoạt, công nghệ này cho thấy tiềm năng ứng dụng to lớn.

Sơ đồ1.Sơ đồ dòng quang quét

Ứng dụng công nghệ quét quang hiện tại

1. Phân tích lỗi thiết bị

Hiệu suất của pin mặt trời perovskite theo thời gianChuyển tiếpMà suy giảm,Mở rộngĐiều này khiến thiết bị không ổn định. Mật độ hiện tại truyền thống-điện áp (J-V), tọa độ&phương trình (nhưSơ đồmộtHiển thịChỉ có thể tiết lộ các thông số hiệu suất tổng thể của thiết bị từ macro, chẳng hạn như hiệu quảvàYếu tố điềnđợiNhưng nó không thể tiết lộ nguồn gốc vi mô của sự suy giảm hiệu suất.

Sơ đồ2.（một) Cấu trúc tế bào năng lượng mặt trời perovskite không đồng nhất （b) Truyền thốngJ-VĐường cong

Dựa trênKính hiển vi quang hiện tại quétCó sẵnBản đồ phân phối quang hiện tại trên bề mặt của thiết bị。Biểu đồ phân phối các dòng điện đồng nhất, nổi bật (ví dụ:bHiển thịĐại diện cho một thiết bị khỏe mạnh, hoạt động tốt, hiệu quả sản xuất và thu phí phù hợp trong toàn bộ khu vực hoạt động. Và khi thiết bị lão hóa thất bại, bản đồ phân phối dòng điện quang của nó (chẳng hạn như hình ảnh)cvàdHiển thị) Sẽ trở nên không đồng đều. Màu đỏ tươi xuất hiện trong hình/Các đốm màu vàng đại diện cho các vùng có dòng điện cao cục bộ, thường là các điểm ngắn mạch cục bộ nhỏ hoặc các kênh rò rỉ, tiêu hao năng lượng, làm giảm điện áp đầu ra và các yếu tố làm đầy của thiết bị. Và một mảng lớn màu xanh./Vùng màu tím là vùng có dòng điện thấp hoặc không có dòng điện.“Vùng chết”Vật liệu ở những khu vực này có thể bị phân hủy, thụ động hoặc tiếp xúc kém với các điện cực và không thể tạo hoặc truyền tải điện tích một cách hiệu quả, dẫn đến giảm dòng điện tổng thể. -Hiển thị manipulator (SPCM) Là một công cụ chẩn đoán không phá hủy mạnh mẽ. Kích hoạt bàn phím ảo (J-VĐường cong cho thấy sự suy giảm hiệu quả) có liên quan trực tiếp đến sự phân bố không đồng đều của dòng điện trong không gian vi mô. Bằng cách hình dung các điểm rò rỉ điện và các điểm hỏng không gian chết trong thiết bị,có thểCung cấp cho các nhà nghiên cứu bằng chứng trực quan để phân tích các nguyên nhân cụ thể gây ra sự suy giảm hiệu suất của pin mặt trời perovskite (ví dụ: di chuyển ion, ăn mòn điện cực, suy thoái giao diện, v.v.), do đó cung cấp hướng quan trọng để hướng dẫn tổng hợp vật liệu và tối ưu hóa cấu trúc thiết bị, nâng cao sự ổn định của pin(Trích từ:Muehlbrandtet al.,RSC Adv., 2017, 7, 42973–42978）

Sơ đồ3.（một) Thông quaJ-VĐường cong định lượng hiệu suất thiết bị （b-D）.0，7Trời ạ.28Sơ đồ dòng điện quang cho các thiết bị bầu trời

2. Hiệu ứng quang điện tự phát trong cấu trúc không đồng nhất 2D

Các thiết bị quang điện truyền thống cần dựa vào điện trường bên trong các cấu trúc không đối xứng được xây dựng nhân tạo để tách điện tích quang điện. Và nghiên cứu này cho thấy một cơ chế hoàn toàn mới: bao gồm hai vật liệu hai chiều khác nhau.WSe₂vàBP) Trong các nút không đồng nhất được hình thành bằng cách xếp chồng lên nhau đơn giản, không cần bất kỳ con người nào xây dựngPNNút thắt, chỉ dựa vào tính chất vật lý không đối xứng vốn có của bản thân hai giao diện vật liệu, có thể tạo ra dòng điện quang cố định theo hướng dưới ánh sáng. Hiệu ứng này được gọi là“Tự phát”Hiệu ứng quang điện. -Hiển thị manipulator (SPCMĐây là công cụ để phát hiện và chứng minh hiện tượng này. Một chùm tia laser nhỏ được tập trung và quét toàn bộ bề mặt của thiết bị kết nối không đồng nhất, như thể hiện trong hình, và kích thước và hướng của dòng ánh sáng được tạo ra tại mỗi điểm được đo chính xác trong điều kiện thiên vị không cộng thêm.SPCMBản đồ phân bố dòng điện quang được vẽ ra cho thấy trực quan: trong khu vực chồng chéo của hai vật liệu, mặt kết giới không đồng nhất, tạo raTín hiệu quang điện đáng kể và đồng nhất. Bằng chứng hình ảnh quan trọng này trực tiếp chứng minh rằng giao diện chính là một vùng hoạt động chuyển đổi quang điện hiệu quả cao. Nguồn gốc của hiệu ứng quang điện tự phát này là sự phá vỡ đối xứng tự nhiên trên bề mặt kết giới không đồng nhất.WSe₂vàBPCó cấu trúc tinh thể khác nhau và các đặc tính điện tử, chẳng hạn như tính đối xứng không gian khác nhau, cấu trúc dải năng lượng, v.v. Khi chúng kết hợp với nhau, một điện trường nội bộ, cố định theo hướng được hình thành tại giao diện. Tác dụng của điện trường bên trong này tương đương với một“tự động”bộ tách điện tích, khi ánh sáng tạo ra electron-Khi cặp lỗ rỗng, điện trường này thúc đẩy chúng di chuyển theo hướng, tạo ra dòng điện ròng. Ý nghĩa quan trọng của nó là nó cung cấp một con đường công nghệ hoàn toàn mới để đạt được các thiết bị phát hiện quang điện và quang điện mới siêu mỏng, không cần quá trình pha tạp phức tạp và hiệu suất tuyệt vời.(Tham khảo:của Akamatsuet al.,Khoa học 372, 68–72 (2021)）

Sơ đồ4. WSe₂、BPSo sánh chất lượng:(A-C）.Máy chiếu Optoma (D-F）.Biểu tượng Quiet hours (G-I）.Sơ đồ quét quang hiện tại đầu tiên

3. Hiệu ứng PVÁnh sáng uốn congPhục!

Mô S2Che phủ trongSố VO2Trên dải nano, các nhà nghiên cứu sử dụng kính hiển vi dòng quang quét để quét thiết bị, lập bản đồ phân bố không gian của dòng quang, kết quả cho thấy rõ ràng: Tín hiệu dòng quang mạnh Z tập trung cao độVO₂Dải nanoCác vùng cạnh, trùng hợp với các vùng độ lớn ứng biến cao.(Tham khảo:Lớnvàal.,NatCông nghệ nano，2021 tháng 8; 16(8):894-901）

Sơ đồ5. Chiếu xạ laser1Điểm,2Dòng điện của thiết bị dưới điểm và không chiếu sáng-Đường cong điện áp. Minh họa là sơ đồ mặt cắt ngang của thiết bị.1，2Để đo vị trí.（một）. MoS2củaE12gKết quả Raman Imaging(b).Kết quả hình ảnh quang điện của thiết bị chiếu xạ bằng laser

4. Phân tích giao diện

Công nghệ quét hiện tại dựa trên khoảng150 nmcủaKhông gian caoĐộ phân giải, bản đồ chính xác và phân tích định lượng than chìNamePhân phối điện thế quy mô nano trong kênh transistor. Thiết bị vớt váng dầu mỡ cho xử lý nước thải -PetroXtractor - Well Oil Skimmer (Ti / Pd / Au) Sẽploại pha tạp graphene bên dưới, và hiệu ứng này sẽ mở rộng vào kênh0.2-0.3MìmTừ đó......nkiểuKhu vực dẫn đường dọc theo lối điMột chìa khóa đã được hình thành.p-n-pCấu trúc. Bằng cách tích hợp số lượng phân bố dòng điện quang, các nhà nghiên cứu đã định lượng lại biểu đồ dải năng lượng của cấu trúc, giải thích trực tiếp than chìNameCác electron phổ biến trong transistor không đối xứng với lỗ dẫn——Nguồn gốc của nó làp-nnút mangđiện trở tiếp xúc bổ sung, thay vìVật liệu cơ thểThuộc tính nguyên liệu. Ngoài ra, công nghệ này cũng được áp dụng thành công trong việc phát hiện các lớp than chì đơn và nhiều lớp.NameViệc chuyển điện tích tại giao diện và điện trường tích hợp cho thấy nó cũng là một công cụ mạnh mẽ để nghiên cứu hành vi điện tử của các giao diện không đồng nhất chiều thấp.(Tham khảo:ông Muelleret al.,Đánh giá Vật lý B 79, 245430 (2009)）

Sơ đồ6.（Một）. Vật liệu thiết bịSố lượng (B）. Hình ảnh hiện tại quang, ngoại trừ các điện cực kim loạiTín hiệu mạnh ở giao diệnngoài, trongLớp đơn và nhiều lớpTín hiệu dòng quang rõ ràng cũng được quan sát thấy ở giao diện (đường chấm trắng) và phân cực ngược lại ở giao diện hai bên.（C）.Than chìNameBóng bán dẫnHình dáng vàquétPhản ứng quang hiện tạiÁp suất với lướiQuá trình tiến hóa

5. Điện neuron nãoTính năng

Các mạch tế bào thần kinh phức tạp được kết nối bởi các khớp thần kinh dưới micron trong não của chúng ta đòi hỏi công nghệ có khả năng lập bản đồ các mạng thần kinh ở độ phân giải không-thời gian cực cao để giải mã các cơ chế tiềm ẩn trong nhiều khía cạnh của khoa học thần kinh. Bằng cách kết hợp một mảng bóng bán dẫn graphene với một kính hiển vi dòng quang quét, chúng tôi có thể phát hiện hoạt động điện của các khớp thần kinh đơn lẻ của tế bào thần kinh hippocampus ban đầu. Bằng cách đo sự thay đổi độ dẫn cục bộ của đầu dò quang graphene trực tiếp dưới quá trình tế bào thần kinh, chúng tôi có thể ước tính sự thay đổi tiềm năng ngoại bào của các khớp thần kinh riêng lẻ trong quá trình khử cực. Bản chất siêu nhanh của graphene phản ứng quang hiện tại cho phép giải mã các mô hình hoạt động của các khớp thần kinh riêng lẻ ở độ phân giải dưới mili giây. Công nghệ thần kinh mới này cung cấp tiềm năng đầy hứa hẹn để ghi lại kết quả điện sinh lý của các khớp thần kinh riêng lẻ trong mạng lưới thần kinh.(Tham khảo:biaet al.,Nano Letters 2018,18(9). 5702–5708）

Sơ đồ7. （Một) Với Graphite tích hợpNameTế bào thần kinh bốn khoang của transistor-Sơ đồ của một thiết bị vi chất lỏng đồng nuôi cấy glia. （B) Sơ đồ các phép đo dòng quang quét. Sự nhiễu xạ hạn chế các đốm laser đi qua một tấm che trong suốt để quét graphene bên dưới tế bào thần kinh. （CThiết bị vớt váng dầu mỡ cho xử lý nước thải -PetroXtractor - Well Oil Skimmer (DIC）。 Hai hình chữ nhật màu đen là mờ nằm dưới grapheneAuMàng điện cực. Trong quá trình đào tạo5Thiên đường (d）mCherry-Hạt chia organic (E）mCerulean(Xanh dương) Sự khác biệt truyền sang tế bào thần kinh, duy trì cùng nuôi cấy với chất thần kinh đệm. một phầnỪThiết bị vớt váng dầu mỡ cho xử lý nước thải -PetroXtractor - Well Oil Skimmer (F）mCerulean(Xanh dương);（GcủamCherry-Syntactin (màu đỏ);（H）mCeruleanvàmCherrySự chồng chéo của synaptin;hoặc (Tôi）GFP-GCaMP6(màu xanh lá cây).

Bằng cách đưa tế bào ra ngoàiK +Nồng độ từ4 mMNâng lên60 mMĐể nghiên cứu sự bùng nổ hóa học.DICvà hình ảnh huỳnh quang được sử dụng để xác định tiếp xúc synap (hình3A - F), và sau đó chùm tia laser tập trung vào graphene tương ứng-Các khớp nối thần kinh, mỗi50 μSThu thập phản ứng quang hiện tại để ghi lại hoạt động của điện cục bộ tại ngã ba。

Sơ đồ6.（Một) Trong quá trình đào tạo9Trời ạ, ở trên đỉnh của bóng bán dẫn graphene.DICHình ảnh. （B）mCherry-Syntactin (màu đỏ);（C）mCerulean(Xanh dương);（D）mCeruleanvàmCherry- SynaptophysinXếp chồng;hoặc (E）GFP-GCaMP6(màu xanh lá cây). （F) PhầnDmạc đường ruột muqueuses digestives (G) Hình ảnh hiện tại. （H(3 chiều cao)K +Graphene dưới chu kỳ kích thích-Các điểm kết nối synap (một phần)FvàGBiểu tượng Quiet hours (4）-60-4-60-4-60）。 （Tôi) PhầnHDạng sóng tự phát của các xung nhọn được chỉ ra bởi các mũi tên màu đỏ tươi.