MRI STROBE CONSORTIUM: Development of a Hybrid Photon-Electron Microscopy System for Functional Imaging of Multi-Scale Materials

MRI 频闪联盟:开发用于多尺度材料功能成像的混合光子电子显微镜系统

基本信息

  • 批准号:
    1828705
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 224.6万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2018-10-01 至 2024-09-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Microscopic imaging is critical for discovery and innovation in science and technology, accelerating advances in materials, biological, nano and energy sciences, as well as nanoelectronics, data storage and medicine. However, many advanced materials are non-uniform and complex in structure and behavior. As a result, it is very challenging to understand how these materials work, or to implement smart design in order to harness their rich technological potential. Moreover, many nanoscale imaging techniques alter samples due to the need for extensive sample preparation, and each imaging method provides only a limited view of the material. To address these challenges, researchers at the STROBE Science and Technology Center are developing a new hybrid microscope to implement a new imaging modality: real-time imaging of nanostructured and complex materials using ultrafast illumination beams spanning the electromagnetic spectrum from the terahertz to the soft X-ray regions, as well as ultrafast pulses of electrons. This project also provides a unique opportunity for a large group of students and postdocs to do cutting edge research in imaging science, as well as experience how to translate advanced imaging concepts into a working microscope. After commissioning, more than 100 faculty, graduate students, and national lab and industry users will benefit from the new microscope, in research areas spanning physics, chemistry, materials science, mechanical and aerospace engineering.The goals of this Major Research Instrumentation (MRI) project are to development a hybrid photon-electron functional microscope system and to implement a new imaging modality: real-time multimodal imaging of nanostructured materials using ultrafast excitation, combining illumination beams from the terahertz to X-ray, as well as ultrafast pulses of electrons. This unique microscope enables high spatial and temporal resolution, non-destructive, 3-dimensional imaging of nanostructured and low-density materials; functional imaging of buried interfaces; and multimodal imaging of common nanostructured samples, necessitating the use of common registration and sample manipulation to correlated information from different imaging modalities. Key features of the microscope include the ability to dynamically image charge/spin/energy transport and couplings at surfaces using nano-optical and low-energy electron imaging, as well as thick samples using X-ray and high-energy electron imaging, with nanometer spatial and femtosecond time resolution. Access to these new capabilities allow better understanding of charge and thermal transport in advance nanomaterials, as well as understanding how structure impacts new emergent physical phenomena in materials.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
微观成像对于科学和技术的发现和创新至关重要,加速材料,生物学,纳米和能源科学以及纳米电子,数据存储和医学的进步。但是,许多晚期材料在结构和行为上是不均匀且复杂的。结果,了解这些材料如何工作或实施智能设计以利用其丰富的技术潜力是非常具有挑战性的。此外,由于需要大量样品制备,许多纳米级成像技术会改变样品,每种成像方法仅提供对材料的有限视图。为了应对这些挑战,Strobe科学技术中心的研究人员正在开发一种新的混合显微镜,以实现一种新的成像方式:使用超快照明光束从Terahertz到软X射线区域的纳米结构和复杂材料进行纳米结构和复杂材料的实时成像。该项目还为大量的学生和博士后提供了一个独特的机会,可以在成像科学领域进行尖端研究,并体验如何将高级成像概念转化为工作显微镜。经过调试后,超过100多名教师,研究生以及国家实验室和行业用户将受益于新的显微镜,在涵盖物理,化学,材料科学,机械和航空航天工程的研究领域中将照明束从Terahertz到X射线,以及电子的超快脉冲。这种独特的显微镜可实现高空间和时间分辨率,对纳米结构和低密度材料的无损,三维成像;埋入界面的功能成像;以及对常见纳米结构样品的多模式成像,必须使用常见的注册和样品操纵来将不同成像方式的信息相关联。显微镜的关键特征包括使用纳米光学和低能电子成像在表面上动态图像电荷/自旋/能传输的能力,以及使用X射线和高能电子成像的厚样品,以及纳米空间空间和空间时间分辨率。访问这些新功能可以更好地了解纳米材料的电荷和热运输,并了解结构如何影响材料中新的新兴物理现象。该奖项反映了NSF的法定任务,并被认为是通过基金会的知识分子优点和更广泛的影响审查标准通过评估来获得支持的。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Ultrashort electron probe opportunities
  • DOI:
    10.1038/s41566-020-0613-1
  • 发表时间:
    2020-04-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    35
  • 作者:
    Musumeci, Pietro
  • 通讯作者:
    Musumeci, Pietro
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Coherent modulation of the electron temperature and electron–phonon couplings in a 2D material
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    Margaret Murnane

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  • 资助金额:
    $ 224.6万
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    2002
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    $ 224.6万
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  • 资助金额:
    $ 224.6万
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    Continuing Grant
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    $ 224.6万
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    0096059
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  • 资助金额:
    $ 224.6万
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Enhanced Ultrafast X-Ray Generation using Pulse Shaping
使用脉冲整形增强超快 X 射线生成
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    9616079
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    1997
  • 资助金额:
    $ 224.6万
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    Continuing Grant

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