新型氦气流低温恒温器实现超低温冷冻透射电镜技术突破

《Ultramicroscopy》：Ultralow-Temperature Cryogenic Transmission Electron Microscopy Using a New Helium Flow Cryostat Stage

本文报道了新型侧插式氦气流低温样品杆（condenZero系统）在JEOL扫描/透射电镜中的集成与性能表征。该系统通过外部杜瓦瓶与阻尼减震基座（2.817 m×0.840 m×0.840 m）的协同设计，实现了6.58 K的稳定基温（波动范围±0.04 K），并结合铝体等离子体电子能量损失谱（EELS）进行原位温度标定。研究团队通过电荷密度波（CDW）材料NbSe2的电子衍射和MnSi中磁性斯格明子（skyrmion）的洛伦兹电镜成像，验证了该系统在量子材料电子/磁相变研究中的可靠性，为超低温（<7 K）原子分辨率分析提供了低漂移技术平台。

　　

^实验方法

铝体等离子体的EELS采集：为量化低温条件下局部样品温度，对电抛光铝样品进行电子能量损失谱分析。STEM-EELS测量采用Gatan系统在200 kV加速电压下进行，所有谱成像数据以60×60像素分辨率采集，扫描步长20 nm/像素，扫描速度0.002秒。

^{低温电子显微技术}

图1展示了专用于超低温S/TEM的液氦样品杆系统组件。该系统集成多个关键部件以确保稳定低温操作：外部液氦杜瓦瓶安装于2.817 m×0.840 m×0.840 m的永久性阻尼基座（图1a白框），该主动阻尼系统在每次实验前均进行校准激活。氦气传输管线采用加压低噪声设计，配备远程可控针阀，保障液氦流动稳定性。

^结论

本研究系统评估了集成于JEOL扫描/透射电镜的液氦流低温样品杆性能。通过外部杜瓦瓶与加压氦传输线设计，系统实现6.58 K基温且热稳定性优异（温度波动±0.04 K）。利用铝体等离子体EELS进行局部温度验证，结合NbSe₂电荷密度波电子衍射与MnSi磁性斯格明子洛伦兹成像，证实该平台为量子材料电子/磁相变研究提供了可靠的低漂移超低温观测路径。