基于定制扫描单元与事件驱动电子探测的时间分辨光谱技术革新

本综述重点介绍了Timepix3事件驱动型电子探测器与定制扫描单元（SU）的集成创新，通过实现纳米级时空分辨率（如电子能量损失谱EELS和阴极发光CL技术），突破了连续电子枪扫描透射电镜（STEM）在动态观测中的技术瓶颈，为电子显微学在材料与生命科学领域提供了全新的研究范式。

　　

亮点

Timepix3与扫描单元集成

商用扫描单元（SU）通常配备至少一个输入逻辑引脚，可与电子探测器实现帧同步实验。这种模式常用于超光谱成像和4D-STEM等技术。在传统帧驱动实验中，探测器作为主导设备，在完成一帧采集后触发探针移至下一个像素点，扫描单元则作为跟随者控制电子探针。然而——

电子-光子协同检测

光学光谱学中常见的技术是光致发光激发谱（PLE）。它通过可调谐激光激发样品并记录发射光谱，从而追踪特定能量吸收产生光激发到不同能量发射的路径。除提供物理机制洞察外，PLE是测量材料量子效率等重要应用的首选技术。而基于电子激发的类似技术——

连续电子枪电镜中的光注入实验

通过将电子能量损失谱（EELS）电子与阴极发光（CL）光子的关联原理反转，可实现注入激光光子与EELS电子的同步实验（图2D）。借此可进行电子能量增益谱（EEGS）实验，这是光子诱导近场电子显微镜（PINEM）的光谱解析版本。在PINEM中，亚皮秒激光与电子脉冲共同照射样品——

展望

我们近期研究指出，Timepix3在电子显微镜中的终极时间分辨率问题具有多面性（Auad等，2024）。这包括传感器层的物理特性（如厚度与偏置电压）、专用集成电路的模拟与数字部分（如前置放大器电路的工作机制及电子到达时间（ToA）的判定方式）。特别是在电子显微镜应用中——