Scanstrommikroskop

Scanstrommikroskop (ScannenPhotoAktuellMikroskopie，SPCMist ein hochpräzises Gerät zur Erkennung der optischen Stromstärkeverteilung von Materialien. Diese Technologie kombiniert optische Anregung mit elektrischen Messungen, um die räumliche Verteilung der optischen Eigenschaften der Materialoberfläche durch Punkt-für-Punkt-Scannen des Lasers und die synchrone Aufzeichnung der optischen Stromsignale zu ermöglichen. Seine Kernprinzipien umfassen die Anregung, Trennung und Sammlung von photobiologischen Trägern sowie die räumliche Karte von Signalen, ein Prozess, der zur Messung der Reaktionssignale von photoelektrischen Materialien verwendet werden kann, um ihre photoelektrischen Eigenschaften zu charakterisieren. Wenn der Laser auf die Oberfläche des Materials fokussiert wird, wird die eingehende Photonenergie absorbiert und Elektronen erzeugt.-Löcherpaar (Lichtträger). Durch ein eingebautes elektrisches Feld oder zusätzliche Ablenkung werden diese Träger effektiv getrennt und bilden einen orientierten optischen Strom. Scanstrommikroskop durch“Licht stimuliert-Elektrische Reaktion”Die präzise räumliche Karte, die die optische Aktivität der Materialoberfläche visualisiert, ist daher ein wichtiges Werkzeug für die Untersuchung der Trägerdynamik, der Schnittstelleneigenschaften und der Fehlertechnik in Nanoartikeln. Kern dieser Technologie ist die effektive Kombination zwischen hochauflösendem optischem Scannen und der Extraktion schwacher elektronischer Signale. In Spitzenbereichen wie topologischen Quantenmaterialien und flexiblen optoelektronischen Geräten zeigt die Technologie ein großes Anwendungspotenzial.

Bild1.Scannen optischer Strom-Schema

Anwendungen der Scan-Optik-Stromtechnologie

1. Geräte-Fehleranalyse

Die Leistung der Perovskit-Solarzellen wird im Laufe der ZeitFortschrittund Abbau,Und dann...verursacht Instabilität des Geräts. Traditionelle Stromdichte-Spannung (J-VKurvenmessung (wieBildeingezeigtNur die gesamten Leistungsparameter des Geräts wie die Effizienz auf makroskopischer Ebene offenbarenundFüllfaktorWarten Sie!Es kann jedoch nicht die mikroskopischen Ursachen der Leistungsabnahme aufdecken.

Bild2.（einStruktur der heterogenen Perovskit-Solarzellen （(b)(Tradition)J-VKurven

basierendScanstrommikroskopVerfügbarOptische Stromverteilung der Geräteoberfläche.Gleichmäßige, hohe Lichtstromverteilung (Abbildung)(b)gezeigtRepräsentiert ein gesundes, leistungsstarkes Gerät, dessen Ladungserzeugungs- und Sammeleffizienz im gesamten Aktivitätsbereich konsistent ist. Wenn das Gerät veraltet ist, ist seine optische Stromverteilung (wie in der Abbildung)(c)unddgezeigtwird sehr ungleichmäßig. Hellrot auf dem Bild/Gelbe Flecken repräsentieren einen lokalen Hochstrombereich, der in der Regel kleine lokale Kurzschlusspunkte oder Leckagekanale ist, die Energie ableiten und die Ausgangsspannung und den Füllfaktor des Geräts senken. Und das große Blau./Der violette Bereich steht für niedrigen oder keinen Strom.“Tote Zone”Materialien in diesen Bereichen können abgebaut, passiviert oder in schlechtem Kontakt mit der Elektrode stehen und nicht in der Lage sind, eine effektive Ladung zu erzeugen oder zu übertragen, was zu einem Gesamtstromabfall führt. Scanstrommikroskop (SPCMEs ist ein leistungsstarkes verlustfreies Diagnosewerkzeug. Es verringert die makro-Leistung (J-VDie Kurve zeigt eine Abnahme der Effizienz), die direkt mit einer mikroskopischen, räumlichen Ungleichheit der Stromverteilung verbunden ist. Durch Visualisierung von Leckpunkten und Ausfallpunkten in Totzonen in Geräten,könnenEs bietet den Forschern intuitive Beweise zur Analyse der spezifischen Ursachen, die zu einer Leistungsschwächerung von Perovskit-Solarzellen führen (z. B. Ionenmigration, Elektrodenkorrosion, Oberflächenabbau usw.), was eine entscheidende Richtung für die Leitung der Materialsynthese und die Optimierung der Gerätestruktur sowie die Verbesserung der Batteriestabilität bietet.(Referenzen:Muehlbrandtet al.,RSC Adv., 2017, 7, 42973–42978）

Bild3.（ein(Verabschieden)J-VLeistung von Kurven-Quantifizierungsgeräten （b-d）.0，7Gott.28Optische Stromdiagramme für Tagesgeräte

2. Spontane Photovoltaik-Effekte in zweidimensionalen heterogenen Strukturen

Traditionelle PV-Geräte verlassen sich auf elektrische Felder innerhalb von künstlich gebauten asymmetrischen Strukturen, um die photobioelektrische Ladung zu trennen. Und diese Studie zeigt einen völlig neuen Mechanismus: in zwei verschiedenen zweidimensionalen Materialien (WSe₂undBPEinfach gestapelt, um heterogene Knoten zu bilden, ohne dass irgendeine künstliche Konstruktion erforderlich istPNNur durch die physikalische Asymmetrie der beiden Materialschnittstellen selbst kann ein richtungsfester optischer Strom unter Licht erzeugt werden. Dieser Effekt wird als“spontan”Photovoltaik-Effekt. Scanstrommikroskop basierend (SPCMDieses Werkzeug, um dieses Phänomen zu erkennen und zu bestätigen. Wie in der Abbildung gezeigt, wird ein winziger Laserstrahl fokussiert und die gesamte Oberfläche der heterogenen Bindungsvorrichtung gescannt und die Größe und Richtung des durch jeden Punkt erzeugten optischen Stroms unter Bedingungen von Null plus Ablenkung genau gemessen.SPCMDas gezeichnete Lichtstromverteilungsdiagramm zeigt intuitiv, dass in den überlappenden Bereichen beider Materialien, d. h. an der heterogenen Schnittstelle, eineEin deutliches und gleichmäßiges optisches Stromsignal. Dieser wichtige Bildnachweis zeigt direkt, dass die Schnittstelle selbst eine effiziente aktive Zone der optischen Umwandlung ist. Die Ursache dieses spontanen PV-Effekts liegt in einer natürlichen Symmetriebebrechung an der heterogenen Knotengrenzfläche.WSe₂undBPEs hat verschiedene Kristallstrukturen und elektronische Eigenschaften, wie verschiedene räumliche Symmetrien, Energiebandstruktur usw. Wenn sie miteinander verbunden sind, bildet sich an der Schnittstelle ein inneres, orientiertes integriertes elektrisches Feld. Die Funktion dieses eingebauten elektrischen Feldes entspricht einer“Automatisch”Ladungstrenner, wenn Licht Elektronen erzeugt-Wenn Löcher gepaart werden, treibt das elektrische Feld sie in Richtung zu bewegen, wodurch Nettostrom erzeugt wird. Wichtig ist, dass es einen völlig neuen technologischen Weg zur Realisierung neuer Photovoltaik- und Photoelektrodetektionsgeräte bietet, die extrem dünn sind und keine komplexen Dopingprozesse erfordern.(Referenzen:Akamatsuet al.,Wissenschaft 372, 68–72 (2021)）

Bild4. WSe₂undBPund ihren heterogenen Kontrast:(A-C）.Der Spiegel (D-F）.Lichtstromkarte (G-I）.Optischer Strom zuerst scannen

3. Der Photovoltaik-EffektBiegen LichtVolt

MoS2Abdeckung inVO2Auf dem Nanoband scannten die Forscher das Gerät mit einem Scanstrommikroskop, um eine räumliche Verteilung des optischen Stroms zu zeichnen, und die Ergebnisse zeigten eindeutig, dass das optische Stromsignal mit starkem Z hoch konzentriert ist.VO₂NanobandenDer Randbereich übereinstimmt mit dem Bereich mit hohem Spannungsgradient.(Referenzen:Großundal.,NatNanotechnologie，2021 August; 16(8):894-901）

Bild5. unter Laserbeleuchtung1Punkt,2Strom von Geräten unter Punkt- und Lichtlosigkeit-Spannungskurve. Die Abbildung ist ein Querschnitt des Geräts.1，2zur Messung der Stelle.（ein）. MoS2derE12gMuster von Raman-Bildgebung Ergebnisseb).Optische Stromabgebung von Geräten unter Laserbeleuchtung

4. Schnittstellenanalyse

Scannen der optischen Stromtechnologie mit ca.150 nmderHoher RaumAuflösung, präzise Kartierung und quantitative Analyse von GraphitÄlenPotentialverteilung im Nanoskala innerhalb des Transistorkanals. Die Studie ergab, dass die Metallelektrode (Ti / Pd / Au(wirdpTyp dopiert unter dem Graphen, und der Effekt erstreckt sich auf den Kanal0.2-0.3von μmund daher innTypDurchführungsbereich entlang des DurchgangsBildung eines Schlüssels.p-n-pStruktur. Durch die numerische Integration der optischen Stromverteilung rekonstruierten die Forscher das Energiebanddiagramm der Struktur quantitativ, was das Graphit direkt erklärt.ÄlenHäufige Elektronen- und Lochleitungsasymmetrien in Transistoren——Seine Wurzeln liegen inp-nKnoten bringen.zusätzlichen Kontaktwiderstand stattKörpermaterialEigenschaften. Darüber hinaus wird die Technologie erfolgreich zur Erkennung von einschichtigem und mehrschichtigem Graphit eingesetzt.ÄlenDie Ladungsübertragung an der Schnittstelle und das eingebaute elektrische Feld zeigen, dass es ebenfalls ein leistungsstarkes Werkzeug ist, um das Verhalten von Elektronen an niederdimensionellen Heteronoden-Schnittstellen zu untersuchen.(Referenzen:Mülleret al.,PHYSIKALISCHE BERECHUNG B 79, 245430 (2009)）

Bild6.（Ein）. GerätematerialVerschiedene Schichten (B）. Optische Stromabilder, außer MetallelektrodenStarkes Signal an der SchnittstelleAußerhalb, inEinzel- und mehrschichtigAuch an der Schnittstelle (weiße gestrichelte Linie) wurde ein klares optisches Stromsignal beobachtet, wobei die Polarität auf beiden Seiten der Schnittstelle entgegengesetzt ist.（C）.GrafikÄlenTransistorenGestalt undScannenOptische StromreaktionMit TordruckEvolutionsprozess

5. GehirnneuronenEigenschaften

Komplexe neuronale Schaltkreise, die durch Submikron-Synapsen in unserem Gehirn verbunden sind, erfordern Technologien, die neuronale Netzwerke in der Lage sind, mit einer ultrahohen Raum-Zeit-Auflösung zu kartieren, um potenzielle Mechanismen in mehreren Aspekten der Neurowissenschaft zu entschlüsseln. Durch die Kombination eines Graphentransistors-Arrays mit einem Scanstrommikroskop können wir die elektrische Aktivität einzelner Synapsen der ursprünglichen Hippocampusneuronen erkennen. Durch die Messung der lokalen elektrischen Leitungsveränderungen der Graphenphotosonde direkt während des neuronalen Prozesses konnten wir die extrazellulären Potenzialänderungen einzelner Synapsen während der Depolarisierung abschätzen. Die ultraschnelle Eigenschaft der optischen Stromreaktion von Graphen erlaubt es, die Aktivitätsmuster einzelner Synapsen in einer Sub-Millisekunden-Zeitauflösung zu entschlüsseln. Diese neue Neurotechnologie bietet vielversprechendes Potenzial für die Aufzeichnung elektrophysiologischer Ergebnisse einzelner Synapsen in neuronalen Netzwerken.(Referenzen:Braueret al.,Nano Buchstaben 2018,18(9). 5702–5708）

Bild7. （Einmit integriertem GraphitÄlenVierkahlneuronen des Transistors-Diagramm der Gliazellen Co-Kultur Mikrofluiden-Geräte. （BDiagramm der optischen Strommessung. Die Diffraktion begrenzt die Laserflecken durch transparente Folien, um das Graphen unter den Neuronen zu scannen. （CDifferenzieller Interferenzkontrast von Graphentransistoren im neuronalen Netzwerk (DIC). Zwei schwarze Rechtecke sind undurchsichtig unter dem GraphenAuElektrodenfilm. In der Erziehung5Gott, benutzen (d）mCherry-Synapsen (rot) und (E）mCerulean(Blau) Differenz Transfektion von Neuronen, Aufrechterhaltung der Co-Kultur mit der Glia. TeileÄh...Vergrößertes fluoreszierendes Bild des mittleren roten Quadratbereichs: (F）mCerulean(Blau);（Gvon)mCherry-Synapse (rot);（H）mCeruleanundmCherryÜberlappung der Synapsen;und (Ich）GFP-GCaMP6s(Grün).

Durch die Entfernung der ZellenK +Konzentration von4 mMErhöhen auf60 mMUm chemisch induzierte Ausbrüche zu untersuchen.DICund fluoreszierende Bilder zur Erkennung von synaptischen Kontakten (Abbildung3A-FLaserstrahlen werden dann auf das entsprechende Graphen fokussiert.-Synaptische Verbindungen, jede50 μSErfassung der optischen Stromreaktion zur Aufzeichnung der lokalen elektrischen Aktivität an der Kreuzung.

Bild6.（Ein(In der Erziehung)9Tag, Typ der Neuronen auf der Spitze des GraphentransistorsDICBilder. （B）mCherry-Synapse (rot);（C）mCerulean(Blau);（D）mCeruleanundmCherrySynaptophysinÜberlagerung;und (E）GFP-GCaMP6s(Grün). （F(Teile)DDetaillierte Fluoreszenz und (GLichtstromabilder. （HDrei hoheK +Graphen im Stimulationszyklus-Synaptische Verbindungspunkte (teilweiseFundGLichtstromreaktion im weißen Dreieck (4）-60-4-60-4-60). （Ich(Teile)HDie spontane Wellenform des Spitzenpulses, der durch den roten Pfeil angezeigt wird.