综述：透射电子显微镜与原位离子辐照联用技术：设施与社区

这篇综述系统梳理了透射电子显微镜（TEM）与原位离子辐照联用技术的全球设施布局及科研社区发展，重点探讨了该技术在核裂变/聚变材料、半导体工业等领域的应用价值。文章指出，通过耦合离子束与（S）TEM（扫描透射电镜）并整合微机电系统（MEMS）与机器学习（ML）分析，该技术正推动极端环境纳米尺度研究的革新，同时强调国际协作对设施建设的关键作用。

　　

透射电子显微镜与原位离子辐照联用技术：设施与社区

Abstract

透射电子显微镜（TEM）与原位离子辐照联用技术已成为探索材料在极端环境下行为的关键工具。该技术通过实时观测离子辐照诱导的原子尺度动态过程，为核能、半导体、量子信息等领域提供机理认知。随着微机电系统（MEMS）微型化和机器学习（ML）分析的应用，硬件与软件协同发展正推动该技术迈向更高通量和精准度。

Introduction

材料在离子辐照下的原子尺度演化直接影响其宏观性能。传统“辐照后观察”方法存在样本损伤和温度控制难题，而原位TEM技术自1960年代诞生以来，实现了从初始态到终态的全过程追踪。图1数据显示，尽管原位离子辐照论文年增长率（指数0.062）落后于普通原位TEM研究（0.102），但其在揭示辐射损伤机制方面具有不可替代性。值得注意的是，2000年代西方核材料研究经费缩减曾导致论文数量显著下降，凸显大型设施对持续资金支持的依赖。

Coupling of TEMs with Ion Beam Systems

商用TEM需通过真空端口改造或定制化设计实现离子束耦合。双离子束线配置和（S）TEM分析功能的引入成为近年趋势，而高温（>500°C）实验需求催生了更耐用的样品台设计。

Overview of Facilities Currently in Operation

全球现有设施（如MIAMI-2、HIT等）在TEM选型与离子束集成方案上各具特色。表1显示，2016年后新增的4个设施普遍采用先进控制系统，部分已整合微流控芯片以实现动态环境模拟。

Cross-Facility Collaboration and Community

通过“世界原位离子辐照研讨会”（WOTWISI）等平台，各设施共享建设经验以降低试错成本。开放用户机制促使大型设施产出更多高影响力论文，如法国Orsay实验室1983年的开创性工作虽未被关键词检索捕获，仍通过社区传承其技术遗产。

Future Directions

微型化与自动化是未来核心方向：MEMS器件可缩小实验尺度，而ML算法能实时解析辐照缺陷演变。此外，多模态联用（如电学测试+辐照）将拓展研究维度。

Summary

原位离子辐照TEM技术通过“社区驱动”模式持续进化，其能力边界正从核材料向地质学、空间科学延伸。正如作者团队（含Theia Scientific公司利益相关者）所述，这一交叉学科工具的潜力尚未完全释放——毕竟，纳米世界的“极端好莱坞大片”才刚刚拉开帷幕。