[发明专利]适用于高频信号传输的原位低温透射电子显微镜样品杆

说明书

本发明属于透射电子显微镜技术领域，具体为一种适用于高频信号传输的原位低温透射电子显微镜样品杆。包括杜瓦罐，过渡仓，样品杆，样品杆头，同轴电缆；同轴电缆采用四根同轴导线，在无氧铜内芯与外杆间的空隙引出，通过法兰和真空接头引出到外部，实现0~4 GHz高频信号的低损传输；在内芯前端设计有加热电阻片，在固定样品附近设计有温度传感器，通过外接温度控制器形成对样品处温度的闭环控制；末端的杜瓦罐设计成水平圆柱形，能减小样品杆旋转时重心改变对样品位置精度的影响。本发明实现100 K到300 K的连续变温调控，支持通入高频电信号，配合透射电子显微镜实现原位调控样品的温度场、电场和磁场，做到多场耦合的原位测试。

技术领域

本发明属于透射电子显微镜技术领域，具体涉及一种原位透射电子显微镜样品杆。

背景技术

透射电子显微镜技术逐步发展到现在，对原位测试的需求越来越多，对电镜本身和样品杆的开发也成为了重要的发展方向之一。近年来，原位技术的发展已经实现了样品在液体、气体、光照、磁场、变形、电场等等多个领域方面的测试，甚至于多场耦合的原位测试，对样品的结构、功能等等有了更加深入的分析。但是，还有一些技术有待改进。

在自旋电子学领域中，利用电流驱动磁矩的翻转是非常重要的物理过程，对该过程的分析在未来磁电存贮设备的开发具有非常重大的意义。但是，驱动磁矩翻转常常需要极大的电流密度，如果采用普通的直流电很容易破坏样品的微观结构从而使其失去了性能，所以，在实际情况中，常常采用高频率的射频信号来进行磁矩翻转的驱动。而利用透射电子显微镜对该过程进行研究是未来的研究热点，这就要求原位样品杆必须具有传输高频信号的能力。当信号的频率逐渐上升达到GHz量级时，普通的导线就无法准确的传导信号，而必须使用带有屏蔽能力的同轴电缆。而样品杆前端空间有限，同轴电缆的引入是一个技术难题；更加重要的是，大多数具有自旋霍尔效应、磁性斯格明子等性质的材料，其工作温度都远低于室温，所以，这就要求我们必须做到多场耦合调控，才能实现对整个物理过程的原位分析。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述缺陷，提供一种适用于高频信号传输的原位低温射频透射电子显微镜样品杆。

本发明提供的原位低温射频透射电子显微镜样品杆，其主体结构包括：杜瓦罐，过渡仓，样品杆，样品杆头，同轴电缆；其中，杜瓦罐分为外罐和内罐两个部分，样品杆包括内杆和外杆两个部分；杜瓦罐的外罐和内罐二者在顶部焊接连接，其余间隙密封，在使用前可以抽至高真空；内罐内部设有导热铜柱，铜柱贯穿内、外罐体，并通过螺纹与样品杆的内杆连接，实现温度的传导功能；杜瓦罐外罐与过渡仓焊接连接，过渡仓两侧设置有两种法兰，用于引出同轴电缆和其他控制线路；过渡仓与样品杆外杆通过多个螺丝锁紧，并配有密封圈进行密封，样品杆内杆和外杆整体没有接触，两者之间的空隙在使用时可以抽真空；样品杆外杆与样品杆头通过多个螺丝连接，样品杆内杆与样品杆头通过铜线进行焊接，样品杆内杆前端设有加热电阻片；样品杆头部设有温度传感器。

本发明中，所述同轴电缆采用四根同轴导线，在无氧铜内芯与外杆间的空隙引出，通过法兰和真空接头引出到外部，实现0~4 GHz高频信号的低损传输。

本发明中，所述样品杆头部设有温度传感器，内杆前端设有加热电阻片，能够实现从100 K~300 K的连续变温控制。

本发明中，所述杜瓦罐设计成平放的圆柱形，能减小样品杆旋转时重心改变对样品位置精度的影响。

本发明中，所述同轴电缆外径为0.95 mm~1.05 mm。

优选的，杜瓦罐形状为平放的圆柱形，可以有效减少样品杆倾斜时杜瓦罐重心改变对样品的影响。

进一步，过渡仓两侧各设有一法兰；其中一个法兰为聚四氟乙烯，起绝缘作用，射频同轴线通过聚四氟乙烯法兰接地，达到同轴线接地而样品杆不接地的目的；另一个法兰用于引出用于加热的导线。