拉曼光譜是一種常用的材料表征技術(shù)。它可以用于測定材料化學、磁學、熱學和電學等多方面的性質(zhì)，并提供固體晶格結(jié)構(gòu)等多種信息。隨著材料科學的日益發(fā)展，越來越多的測量需要在低溫或變溫環(huán)境下進行，在不同溫度下進行拉曼測量變得尤為重要。分析材料不同溫度下拉曼光譜的特征峰和峰位移動可以得到晶格或應(yīng)力的變化以及相變等多種信息。此外，低溫下熱噪音更小，一些信號較弱的材料在低溫下也能有較好的信噪比。目前變溫拉曼的主要應(yīng)用方向有相變研究、二維材料特性研究、溫度依賴研究、超導材料帶隙研究、弱信號材料的測量等。
然而高精度變溫顯微拉曼的測量對變溫設(shè)備提出了較高的要求。對于傳統(tǒng)的變溫臺或恒溫器來說主要有以下幾個方面的問題制約了低溫拉曼的測量。先，在變溫過程中由于熱脹冷縮效應(yīng)帶來的樣品位置漂移會影響測量的可靠性和重復性；其次，采用制冷機的低溫恒溫器震動較大會給顯微測量帶來噪音，而采用液氮或液氦的恒溫器消耗較大且溫度的穩(wěn)定性能較差；此外，由于低溫設(shè)備的影響導致工作距離較大，對于信號較弱需要大數(shù)值孔徑、長時間信號采集的實驗影響較大。
針對以上問題，Montana Instruments公司在低溫領(lǐng)域深耕多年，推出的低溫光學恒溫器已經(jīng)更新到了第三代。新的第三代恒溫器在多種變溫光譜測量方面開發(fā)了專業(yè)的選件，可以與多種光譜儀聯(lián)合使用實現(xiàn)寬溫區(qū)的光譜測量。恒溫器采用特殊的材料和結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了變溫過程中超低的位置漂移。避震技術(shù)實現(xiàn)了樣品的超低震動。的控溫和熱沉技術(shù)實現(xiàn)了樣品溫度的超穩(wěn)定。快速變溫選件可實現(xiàn)大范圍快速變溫和快速溫度穩(wěn)定。優(yōu)化的內(nèi)置鏡頭選件可以實現(xiàn)高達0.9NA的豎直孔徑，成熟的近工作距離窗口和多種窗口材料確保了各種波段的高數(shù)值孔徑測量。的設(shè)備總是在關(guān)鍵的時候幫助用戶實現(xiàn)突破。利用Montana Instruments的低溫光學恒溫器很多科研團隊在變溫拉曼方面都取得了重要的學術(shù)成果。
圖1. 不同條件制備的石墨烯變溫拉曼測量結(jié)果，變溫過程中清晰的觀測到峰位的移動。
(采用Montana Instruments 相關(guān)設(shè)備測量，圖片版權(quán)歸原作者)
Guowen Yuan et al, Nature volume 577, pages204–208(2020)
圖2. NbSe2,TaSe2和TaS2三種材料不同厚度樣品的變溫拉曼測量結(jié)果
(采用Montana Instruments 相關(guān)設(shè)備測量，圖片版權(quán)歸原作者)
Dongjing Lin et al, Nature Commun 11:2406(2020)
近期，Montana Instruments公司和Princeton Instruments公司聯(lián)合研發(fā)的超精細低溫顯微拉曼系統(tǒng)實現(xiàn)了變溫顯微拉曼的智能測量，系統(tǒng)性能穩(wěn)定操作簡單，可在短時間內(nèi)獲得一系列的變溫拉曼光譜，并且可對樣品進行位置掃描測量。
圖3. Montana恒溫器快速變溫選件出色的快速變溫性能
圖4. Montana恒溫器的樣品控制方案
圖5. 超精細低溫顯微拉曼MicroReveal RAMAN
目前該樣機已在QD中國北京實驗室安裝完畢，部分功能已經(jīng)對外開放測試，歡迎大家點擊此處或掃描下方二維碼預約體驗！
參考文獻：
[1]. Guowen Yuan et al, Nature volume 577, pages204–208(2020)
[2]. Dongjing Lin et al, Nature Commun 11:2406(2020)
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