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瞬变电磁法电磁场的原理是怎样的？聚光双棱镜照明电子全息术改进
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将参考区域放置在远离样品的地方也可以用来减少由于样品的杂散场引起的参考波的调制。
通过调节照明系统中双棱镜的电压来控制两个波之间的分离距离。全息图的条纹间距s和宽度W通过调节施加到成像系统中上下双棱镜的电压来独立控制，如在双双棱镜电子干涉测量术中上双棱镜的灯丝电极放置在物镜的像平面上，而下双棱镜的灯丝电极放置在放大透镜下方的交叉点和全息平面之间。白色轮廓线具有0.07 rad的相位差，对应于0.1 V的静电电位差对于精确的相位测量，使用无菲涅耳条纹的双双棱镜分束照明电子全息术实现了进一步的改进，上下聚光双棱镜放置在第二和第三聚光透镜之间。
第三个透镜用于将上部聚光镜双棱镜丝的阴影聚焦到样品平面上。因此，上聚光双棱镜产生的菲涅耳条纹不会叠加在全息图上。下面的双棱镜放置在由上面的聚光双棱镜分开的两个相干电子波的路径之间形成的阴影中。改进的系统能够通过仅使用位于交叉平面附近的单个双棱镜来成像。这个改进的系统被用来观察半导体器件中的电势，通过常规方法从铜处理的n型金属氧化物半导体场效应晶体管(nMOSFET)芯片制备薄样品小谎仪器。
栅极长度为50纳米，源区和漏区下的载流子浓度设计为6 × 1020厘米−3通过将As掺杂到p型中硅衬底。p掺杂衬底区域中的掺杂量为1 × 1017厘米−3。晶体管区域远离样品边缘。通过利用双双棱镜分束照明系统，参考波的区域被设置在由矩形表示的真空区域中。相移从等式(1)获得，与A→(x,y)=0。由于样品厚度不变，相移ϕ(x,y)简单地由下式给出σϕe(x,y)t在哪里t是样品厚度。
示出了对于物波和参考波之间640 nm的非常长距离，空间分辨率为3 nm(干涉条纹间距为1 nm)且相位噪声(硅衬底中的标准偏差)为0.03 rad的晶体管区域中的相对相位分布。左下角的插图显示了全息图的一部分，显示了用改进的照明系统观察到的清晰干涉条纹。电势差由通过会聚束电子衍射测量的95±5nm的测量样品厚度计算0.1 V的电势差对应于相位图像中的轮廓线，其具有0.07 rad的相位差。在源极和漏极区域中测得的电势比衬底中的电势高1.1 V。该结果与该nMOSFET设计中的静电势分布非常一致。显示了分裂照明电子全息术在薄的双取向电工钢板的磁场分析中的应用，它是发电机、电动机和变压器的关键部件。
这磁性用洛伦兹显微镜观察钉扎现象，研究了这种材料的晶格常数以及在沉淀物处和作为人造非磁性区域产生的孔周围的磁畴壁的动态行使用分离照明电子全息术能够定量测量远离样品边缘的缺陷周围的磁通量分布。使用FIB系统制备具有椭圆形孔薄样品。方向分别近似平行于矩形样品的长边和短边。
示出了在过聚焦条件下观察到的洛伦兹显微镜图像，其中黑色和白色直线表示畴壁。孔附近钉扎的畴壁区域由图像内的黑色矩形指示，而参考区域由样本外的黑色矩形指示。显示了孔(黑色区域)周围的定量磁通量线(绿色和深红色),这是通过分割照明电子全息术获得的。磁畴壁处的详细磁通量行为非常明显通过微磁学模拟，我们可以从磁通量分布中估算出含缺陷系统的磁能。
交换能、各向异性能和退磁能等磁能影响磁性因此，通过电子全息术观察到的详细的磁通量分布有助于理解磁性。用TEM观察磁性材料中的磁畴结构需要特别小心，因为在透射电镜中样品位置的磁场约为1.8 T，这种强磁场破坏或修改了固有的磁畴结构。因此，应减小样品位置的磁场，尤其是为了观察软磁材料。减少磁场最简单的方法之一是关闭物镜并消磁。通过这一过程，残余磁场通常可以降低到小于0.2 m T。
然而，在这种情况下，精细的透射电子显微镜图像是不期望的，因为决定透射电子显微镜分辨率的物镜是关闭的。为了保持物镜观察详细磁结构的作用，样品的位置应移出强磁场，或在物镜中引入特殊的磁屏蔽。
例如，在后一种情况下，(a)和(b)分别示出了用于观察磁畴结构的具有单间隙和双间隙的无磁场物镜的透镜系统的横截面。双间隙物镜的细节在以前的论文中有报道并用于DPC洛伦兹阀杆整个极片结构有两个间隙S2和S3，带有三个极片和一个孔。样品被中间的极片包围着，因此不受磁场的影响。显示了在各种显微镜模式下，物镜在样品位置周围的磁场分布和相应的电子轨迹的典型示例不同于传统的电子显微镜，强磁场在样品下方形成在标本的两侧。最近，已经开发了具有双间隙物镜和高阶像差校正器的原子分辨率扫描透射电子显微镜。
为了观察透射电子显微镜图像，样品应该是薄的，因此，磁畴结构被认为基本上不同于块状材料中的磁畴结构。内尔墙被观察到坡莫合金，而在薄膜更厚比几十纳米，出现具有波纹结构的交叉连接壁制作了作为样品厚度和磁各向异性函数的畴壁相图。相图包含对称的内尔壁、沃尔特斯壁(不对称的内尔壁和不对称的布洛赫壁)和对称的布洛赫壁。从这个角度来看，使用高压透射电子显微镜是有用的，因为可以用高能电子观察各种厚度的样品。
然而，我们应该注意到，即使在用于TEM观察的厚样品中，磁畴结构也基本上不同于块体材料的磁畴结构。因此，通常很难定量评估域结构。然而，在这些条件下，可以比较相似厚度的不同样品的磁畴结构，以系统地理解不同的磁性。另一方面，对于超薄磁性层纳米粒子，它们的磁畴结构被认为与它们的磁性直接相关。高压透射电子显微镜还有其他各种优点。以用高压透射电子显微镜进行三维磁结构分析。
为了获得许多沿不同方向向下投影的重建相位图像，样本应该以大角度倾斜，导致样本的相对厚度相应地改变。因此，使用高传输能力对于这些分析是有效的。此外，如在skyrmion晶格的情况下，为了确认样品厚度变化的磁结构，可以有效地使用高压显微镜，如第节所述。最近，通过引入物镜系统的像差校正器，开发了高电压、高分辨率全息tem。利用该显微镜，可以以小于1 nm分辨率极限分析详细的磁结构。显示了双探针压电驱动支架的示意图显示了该样品架顶部的显微照片。有两个臂用于安装金属探针。
通过由千分尺和/或驱动的臂1和2的运动，可以在三维方向上独立操纵两个探针压电的元素。每个探针有三个压电元件，实现探针尖端与样品接触所需的精细运动。针的尖端是锋利的，通过使用FIB系统。如稍后详细描述的，探针可以用于各种应用，例如施加大的电场和/或电流，并用永磁体制成的磁针产生大磁场。另一方面，如所示双探针压电驱动夹持器也被改进以携带激光照射口在其左臂(手臂1)。可以在激光照射口的顶部增加聚光功能。
塑料纤维被放置在臂1内，以将激光束引入支架中。使用样品架时，入射电子平行于Z方向；(b)显示样品架顶部的光学显微照片；(c)Pt–Ir针的扫描离子显微图像，其针尖由FIB系统削尖(插图显示针尖的放大图像)；(d)装有压电驱动探针和激光照射口的新样品架的顶部。双探针压电驱动保持器的一个示例应用是对由机械摩擦(即，调色剂颗粒和光电导体中的摩擦电)产生的电场进行成像，这是电印刷技术中的重要现象。到目前为止，还没有评估调色剂颗粒上的电荷。通过利用本技术，可以评估具有各种形状和尺寸的调色剂颗粒上的电荷。因此，该信息将有助于生产具有优化性能的调色剂颗粒。
当使用电子全息术进行这种电场分析时，遇到了两个技术问题。第一个问题是调色剂颗粒的不希望的充电电子辐照–二次电子的发射使碳粉颗粒带正电，尽管机械摩擦本身会产生负电荷。为了克服这个问题，在调色剂颗粒上放置一个薄的钼屏蔽板，以屏蔽颗粒免受电子束的影响虽然使用钼屏蔽时，碳粉颗粒无法成像，但屏蔽外的电荷感应电场可以通过全息摄影观察到。另一个问题是摩擦电荷产生的长程场对参考波的扰动。为了终止这种电场并从扰动中释放参考波，我们在全息图中放置了另一个屏蔽(Pt–Ir板，接地)。使用样品架的压电驱动臂精确控制挡板的位置。
中的左侧面板显示了使用中所示的实验装置获得的重建相位图像和：请注意，相移是根据直接相位显示的ϕ，而不是cosϕ。在碳粉和Pt–Ir护罩之间可以看到许多轮廓线，但由于电场的成功终止，护罩右侧没有这些轮廓线。不幸的是，在钼屏蔽下显示大量正电荷(参考右图中显示的负斜率，它代表沿X-Y线测量的相移)。这是因为该结果不仅包含来自聚焦的调色剂颗粒而且来自载体颗粒和/或不可见的其它调色剂颗粒。为了消除不需要的信号成分，另一个重构相位图像，如所示在通过使用部分Pt-Ir屏蔽物移除调色剂颗粒(被聚焦)之后，针对相同的视场获得的。调色剂颗粒(即被去除的调色剂颗粒)的真实电场可以通过减去中所示的相位信息来获得的斜坡相对。
我们据此得出结论，调色剂颗粒带负电。示出了调色剂颗粒周围等势线的模拟结果，相移以cos表示ϕ。当假设电荷为–0.24 fC时，模拟图像与中观察到的图像非常一致。重建的相位图像显示了墨粉颗粒的摩擦电(a)在阿莫屏蔽下的墨粉颗粒(蓝色区域)和(b)去除墨粉颗粒后。(c)从(a)的相位信息中减去(b)的相位信息的结果。(d)以cos φ表示的(c)的结果。(e)通过计算机模拟获得的结果。