相干扫描共聚焦电子显微镜三维成像研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    61871134
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    63.0万
  • 负责人：
    郑长林
  • 依托单位：
    复旦大学
  • 学科分类：
    F0122.物理电子学
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Transmission electron microscope (TEM) is one of the most powerful techniques in research of materials, condensed matter physics and chemistry. The breakthrough of aberration corrected techniques in late of 1990 brings the lateral resolution of TEM into sub-angstrom scale. Now it is possible to study the physics and chemistry of materials atom by atom. However, TEM resolution in the third dimension, which is parallel to the optical axis, is thousands times worse than the lateral resolution. The depth resolution of TEM is only several hundred nanometers. This limits the possibility for high-resolution 3D imaging of nano structures. In this project, we will develop a novel electron confocal technique for 3D imaging based on aberration corrected TEM. By choosing certain momentum changed coherent elastically scattered electrons, a high spatial resolution of 3D electron imaging will be achieved. This research will break the limitation of incoherent confocal imaging, and extend the capability of 3D imaging of current aberration corrected TEM. It is expected to be widely applied in both fundamental research and industrial applications such as materials, energy, information and chemical industry.
透射电子显微镜是材料科学，凝聚态物理和化学领域最重要的显微分析工具之一。随着上世纪末磁透镜球差校正技术的突破，透射电镜水平方向分辨率已达到亚埃级，使得在单原子尺度研究材料的物理和化学成为可能。但是透射电镜第三维沿光轴方向直接空间分辨率却数千倍低于水平方向分辨率，仅有数百纳米。这严重的限制了利用透射电子显微镜对纳米结构直接进行高分辨率三维成像。本项目计划开发一种基于球差校正电镜的新型电子共聚焦成像技术。通过在衍射空间选择特定动量改变的相干弹性电子，利用弹性相干信号实现实空间高分辨率三维纳米结构成像。这一研究将突破非相干共聚焦成像的光学限制，极大的扩展球差校正电镜在材料三维结构分析方面的能力，在基础学科研究和材料，能源，信息，化工等多种工业领域均将有广泛的应用。

结项摘要

透射电子显微镜是材料科学研究最重要的微观结构表征工具之一。基于球差校正透射电镜技术的新一代透射电子显微镜其横向分辨率可达到亚埃级，但是其纵向分辨率却仅有几百纳米，严重的限制了对各类高性能材料在纳米尺度的三维成像研究。本项目突破传统的光学荧光共聚焦显微镜采用非相干成像的限制，针对透射电子显微镜主要信号来源为相干弹性散射信号，发展了一套基于相干散射的共聚焦三维电子显微镜成像技术。通过环形光阑对电子束波前调控生成贝塞尔电子束，并在倒空间将布拉格衍射拓展成衍射环，从而利用常规的物镜光阑实现了动量改变电子的分离。通过选择水平方向动量改变的电子进入共聚焦模式的成像透镜进行实空间成像，获得了实空间和样品高度相关的强度分布。利用亮场探测器，结合x-y平面电子束扫描及利用压电陶瓷控制的z-轴移动，实现了高速，高信噪比以及高分辨率的三维共聚焦电子成像。这一技术拓展了透射电子显微镜的三维成像能力，对研究各类高性能材料纳米尺度的三维结构分布提供了新的可能。同时，这一相干散射的共聚焦成像模式突破了传统的光学共聚焦非相干激发的限制，对未来多种光源及物质波的相干三维成像提供了新的成像机理。

项目成果

期刊论文数量（8）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Electronically phase separated nano-network in antiferromagnetic insulating LaMnO(3)/PrMnO(3)/CaMnO(3) tricolor superlattice.
反铁磁绝缘LaMnO3/PrMnO3/CaMnO3三色超晶格中的电子相分离纳米网络
  • DOI：
    10.1038/s41467-022-34377-4
  • 发表时间：
    2022-11-03
  • 期刊：
    NATURE COMMUNICATIONS
  • 影响因子：
    16.6
  • 作者：
    Li, Qiang;Miao, Tian;Zhang, Huimin;Lin, Weiyan;He, Wenhao;Zhong, Yang;Xiang, Lifen;Deng, Lina;Ye, Biying;Shi, Qian;Zhu, Yinyan;Guo, Hangwen;Wang, Wenbin;Zheng, Changlin;Yin, Lifeng;Zhou, Xiaodong;Xiang, Hongjun;Shen, Jian
  • 通讯作者：
    Shen, Jian
Atomic Editing Copper Twin Boundary for Precision CO2 Reduction
原子编辑铜双晶界以实现精确二氧化碳减排
  • DOI：
    10.1021/acscatal.2c02647
  • 发表时间：
    2022-09
  • 期刊：
    ACS Catalysis
  • 影响因子：
    12.9
  • 作者：
    Can Tang;Zheng Chen;Yajie Wang;Taishi Xiao;Xian Li;Changlin Zheng;Xin Xu;Zhengzong Sun
  • 通讯作者：
    Zhengzong Sun
电子能量损失谱探测银纳米棒与介质层强耦合的数值模拟
  • DOI：
    10.7498/aps.71.20220194
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    物理学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    赵世杭;张元;吕思远;程少博;郑长林;王鹿霞
  • 通讯作者：
    王鹿霞
Framework-Derived Tungsten Single-Atom Catalyst for Oxygen Reduction Reaction
用于氧还原反应的骨架衍生钨单原子催化剂
  • DOI：
    10.1021/acs.energyfuels.1c00758
  • 发表时间：
    2021-04-27
  • 期刊：
    ENERGY & FUELS
  • 影响因子：
    5.3
  • 作者：
    Jiang, Bizhi;Sun, Hao;Zheng, Shiyou
  • 通讯作者：
    Zheng, Shiyou
Imaging Beam-Sensitive Materials by Electron Microscopy
通过电子显微镜对光束敏感材料进行成像
  • DOI：
    10.1002/adma.201907619
  • 发表时间：
    2020-02-28
  • 期刊：
    ADVANCED MATERIALS
  • 影响因子：
    29.4
  • 作者：
    Chen, Qiaoli;Dwyer, Christian;Zhu, Yihan
  • 通讯作者：
    Zhu, Yihan

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郑长林的其他基金

透射电子显微镜的物质透镜成像研究
  • 批准号：
    62171136
  • 批准年份：
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  • 项目类别：
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  • 批准号：
  • 批准年份：
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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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