JP2013243157A - 超高速光電子顕微鏡のための方法およびシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】フェムト秒レーザー110から出力された光パルス列がパス134に沿ってチャンバー130の内側に導かれてカソード140に照射される。光電子効果によってカソードから電子パルスが放出され、アノード142で加速され、電子レンズ146によって平行にされあるいは集束されて試料150に照射される。試料を透過した電子は電子レンズ152で検出器154の上に焦点が合わされる。検出器で検出された信号はプロセッサで信号処理されて試料の構造に関連付けられた情報が出力される。
【選択図】図1A
Description
本出願は、2004年4月2日に出願され、“超高速高電子顕微鏡”と題された米国仮出願番号60/559,234の米国仮出願と、2004年6月7日に出願され、“空間および時間における3次元構造力学の域を超えた回折、結晶学、顕微鏡法”と題された米国仮出願番号60/577,902の米国仮出願とに共通に割り当てられた利益を主張する。これらは参照としてここに組み込まれる。
ここに記載された研究は、部分的に、NSFグラント(grant)CHE−0117850によりサポートされている。米国政府は、それゆえ、本発明の一部の権利を持つかもしれない。
1. レーザー源と、カソードと、電子レンズ組立部とから構成される透過型電子顕微鏡を用意する
2. 光パルスの一列を形成する。光パルスのそれぞれは全幅半値(“FWHM”)パルス長で持続期間が100fs未満となるよう特徴付けられる
3. ステージ組立部上に配置された画像化のための試料(たとえば、化学的、生物学的、物理学的)を用意する
4. 光パルスの関連する列をカソードに影響させることで電子パルスの一列を生成する。それぞれの電子パルスはFWHMパルス長で期間が1ps未満であるように特徴付けられる
5. 少なくとも電子レンズ組立部を用いて、試料に向けて電子パルス列を導く
6. 検出装置を用いて電子パルス列の一部を捕らえる
7. 試料の画像に関連する情報を引き出す
8. 試料の画像に関連する情報を処理する
9. 少なくとも処理された情報を用いて、試料の画像の視覚表示を出力する
10.要望どおりの他のステップを実行する
1. 画像化される試料の特徴(たとえば、100ナノメートル以下)を用意する
2. ステージ組立部の上に試料を置く
3. ステージ組立部上の試料を真空環境に維持する
4. 試料の特徴に向けて1以上の電子パルス(たとえば、パルスあたり1から約1000個の電子)を導く
5. 検出装置を用いて、試料の特徴と関連付けられる1以上の電子パルスの一部を捕らえる
6. 試料の特徴の画像に関連する1以上の電子パルスの部分に関連する情報を、検出装置から処理デバイスに転送する
7. 処理デバイスが1以上の電子パルスの部分に関連する情報を受け取る
8. 1以上の電子パルスの部分に関連する情報を処理する
9. 試料の特徴の画像に関連する1以上の電子パルスの一部に関連付けられた情報を少なくとも用いて、試料の特徴に関連付けられた視覚画像を出力する
10.要望どおりの他のステップを実行する
1. 時間的特性のために画像化する試料の特徴を用意する
2. 電子顕微鏡のステージ組立部上に試料を置く
3. ステート組立部上の試料を真空環境におく
4. 10個から1000個の電子をそれぞれ有する1以上の第1の電子パルスを、試料の特徴に向けて導く
5. 時間の第1の部分の間に検出装置を用いて1以上の第1の電子パルスの第1の部分を捕らえる。その部分は時間の第1の部分の間の試料の特徴の第1の画像に関連する
6. 時間の第1の部分の間の試料の特徴の第1の画像に関連する1以上の第1の電子パルスの第1の部分に関連する第1の情報を、検出装置から処理デバイスへ転送する
7. 10個から1000個の電子をそれぞれ有する1以上の第2の電子パルスを、試料の特徴に向けて導く
8. 時間の第2の部分の間に検出装置を用いて1以上の第2の電子パルスの第2の部分を捕らえる。その部分は時間の第2の部分の間の試料の特徴の第2の画像に関連する
9. 時間の第2の部分の間の試料の特徴の第2の画像に関連する1以上の第2の電子パルスの第2の部分に関連する第2の情報を、検出装置から処理デバイスへ転送する
10.第1の情報を、処理デバイスを用いて処理する
11.第2の情報を、処理デバイスを用いて処理する
12.時間の第1の部分の特徴に関連する第1の視覚画像を出力する
13.時間の第2の部分の特徴に関連する第2の視覚画像を出力する
14.要望どおりの他のステップを実行する
1. 画像化される試料の特徴を用意する
2. 試料をステージ組立部上に置く
3. ステージ組立部上の試料を真空環境におく
4. 電磁波放射線の1以上のパルスを用いてカソードに照射する
5. それぞれが約10個から約1000個の電子を有する1以上の電子パルスを、電磁波放射線に由来する試料の特徴に向けて導く
6. 検出装置を用いて、試料の特徴の特徴づけに関連する、1以上の電子パルスの一部を捕らえる
7. 試料の特徴の特徴づけに関連する、1以上の電子パルスの部分に関連づけられる情報を、検出装置から処理デバイスに転送する
8. 情報を処理する
9. 試料の特徴の画像に関連する1以上の電子パルスの一部に関連付けられた情報を少なくとも用いて、試料の特徴に関連する1以上の指標を出力する
10.要望どおりの他のステップを実行する
Claims (21)
- 電子顕微鏡を用いて時間分解された画像を得る方法であって、
画像化される試料の、サイズを有する特徴部を供給することと、
前記試料をステージ装置上に載せることと、
前記ステージ装置上の前記試料を真空状態に維持することと、
1以上の第1の電子パルスを前記試料の前記特徴部に向けて導くことと、
時間の第1の部分の間に前記試料の前記特徴部の第1の画像に関連付けられる前記1以上の第1の電子パルスの第1の部分を、検出装置を用いて前記時間の第1の部分の間に捕らえることと、
前記時間の第1の部分の間の前記試料の前記特徴部の前記第1の画像に関連付けられる前記1以上の第1の電子パルスの前記第1の部分の第1の情報を、前記検出装置から処理デバイスに転送することと、
1個から1000個の電子をそれぞれが有する1以上の第2の電子パルスを、前記試料の前記特徴部に向けて導くことと、
時間の第2の部分の間に前記試料の前記特徴部の第2の画像に関連付けられる前記1以上の第2の電子パルスの第2の部分を、検出装置を用いて前記時間の第2の部分の間に捕らえることと、
前記時間の第2の部分の間の前記試料の前記特徴部の前記第2の画像に関連付けられる前記1以上の第2の電子パルスの前記第2の部分の第2の情報を、前記検出装置から処理デバイスに転送することと、
から構成されることを特徴とする方法。 - 前記1以上の電子パルスはそれぞれが10個から100個の電子を有する、
ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記サイズは100ナノメートル未満である、
ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記第1の画像は、前記第2の画像と比べ1以上の異なった特徴部を有する、
ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記時間の第1の部分の間であって前記時間の第2の部分の間ではないときに、電磁放射の1以上のパルスを用いて、前記試料の前記特徴部に照射することをさらに備える、
ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記時間の第2の部分の間であって前記時間の第1の部分の間ではないときに、電磁放射の1以上のパルスを用いて、前記試料の前記特徴部に照射することをさらに備える、
ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記電磁放射はレーザー源に由来する、
ことを特徴とする請求項5に記載の方法。 - 前記電磁放射はレーザー源に由来する、
ことを特徴とする請求項6に記載の方法。 - 前記時間の第1の部分は1秒から10秒であって、前記時間の第2の部分は1秒から10秒である、
ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 電子ビームパルスを用いて1以上の試料から画像を形成する方法であって、
画像化される試料の、100ナノメートルまたはそれ未満のサイズを有する特徴部を供給することと、
前記試料をステージ装置上に載せることと、
前記ステージ装置上の前記試料を真空状態に維持することと、
それぞれが10個から1000個の電子を有する1以上の電子パルスを前記試料の前記特徴部に向けて導くことと、
前記試料の前記特徴部の画像に関連付けられる前記1以上の電子パルスの部分を、検出装置を用いて捕らえることと、
前記試料の前記特徴部の前記画像に関連付けられる前記1以上の電子パルスの前記部分の情報を、前記検出装置から処理デバイスに転送することと、
前記試料の前記特徴部の前記画像に関連付けられる前記1以上の電子パルスの前記部分の前記情報を少なくとも用いて、前記試料の前記特徴部に関連付けられる視覚画像を出力することと、
から構成されることを特徴とする方法。 - 前記1以上の電子パルスは、半値全幅で500fs未満の光子パルス列を供給するモードロックレーザー発振器を備えるレーザー源から供給される光子パルス列に由来する、
ことを特徴とする請求項10に記載の方法。 - 前記1以上の電子パルスは、LaB6を含む結晶から構成されるカソードから供給される、
ことを特徴とする請求項10に記載の方法。 - 前記検知装置は、デジタル電荷結合素子から構成される、
ことを特徴とする請求項10に記載の方法。 - 前記真空環境は、1×10−6torrから1×10−10torrの範囲に広がる、
ことを特徴とする請求項10に記載の方法。 - 前記試料を室温または液体窒素温度で維持することをさらに備える、
ことを特徴とする請求項10に記載の方法。 - それぞれの前記電子パルスは1個から100個の電子を有する、
ことを特徴とする請求項10に記載の方法。 - それぞれの前記電子パルスは1個から1000個の電子を有する、
ことを特徴とする請求項10に記載の方法。 - 前記試料は生物学的試料、化学的試料、物理学的試料、半導体試料、絶縁体試料、および導体試料から選択される、
ことを特徴とする請求項10に記載の方法。 - 前記導くことは、少なくとも電子レンズ装置を用いて提供される、
ことを特徴とする請求項10に記載の方法。 - 前記電子パルス列の前記一部は前記試料の一部を通過する、
ことを特徴とする請求項10に記載の方法。 - 電子ビームパルスを用いて1以上の試料から情報を捕らえるための方法であって、
画像化される試料の、サイズを有する特徴部を供給することと、
前記試料をステージ装置上に載せることと、
前記ステージ装置上の前記試料を真空状態に維持することと、
それぞれが1個から1000個の電子を有する1以上の電子パルスを前記試料の前記特徴部に向けて導くことと、
前記試料の前記特徴部の特性に関連付けられる前記1以上の電子パルスの部分を、検出装置を用いて捕らえることと、
前記試料の前記特徴部の前記特性に関連付けられる前記1以上の電子パルスの前記部分の情報を、前記検出装置から処理デバイスに転送することと、
前記試料の前記特徴部の前記画像に関連付けられる前記1以上の電子パルスの前記部分の前記情報を少なくとも用いて、前記試料の前記特徴部に関連付けられる1以上の指標を出力することと、
から構成されることを特徴とする方法。
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