利用时间分辨与超快电子能量损失谱成像纳米尺度载流子、热与结构动力学

时间分辨与超快电子能量损失谱（EELS）是一种新兴技术，用于在飞秒至微秒时间尺度上测量光激发载流子、晶格动力学和近场。在专用扫描透射电子显微镜或超快电子显微镜（UEM）中执行时，时间分辨与超快 EELS 能够直接对光激发或施加偏压后的电荷载流子、晶格振动和热耗散进行成像。然而，要充分发挥超快 EEL 能谱成像的潜力，通常需要理论计算和电子光学方面的最新进展。在这篇综述中，我们全面概述了时间分辨与超快 EELS 在理论和仪器方面的最新进展。我们首先介绍该技术，随后给出损失函数的物理描述。我们概述了计算和解释从低损耗等离激元到类似于 X 射线吸收的核心能级激发的基态和瞬态 EEL 谱的方法。然后，我们考察了超越光子诱导近场电子显微镜的时间分辨与超快 EELS 技术的现状，重点突出了其对载流子和热动力学成像的能力。最后，我们探讨了由新兴技术带来的未来发展方向，包括电子束单色化、原位和工况电池、无激光 UEM 以及高速直接电子探测器。这些进展将时间分辨与超快 EELS 确立为揭示量子材料和太阳能转换器件中纳米尺度动力学过程的关键工具。