面向 STEM 中纳米尺度热传导测量的平台与框架

理解纳米尺度上的热传导对于半导体器件、量子材料和纳米结构的热管理至关重要，但直接进行局部热导率和热容测量的工作仍较稀少。我们开发了一个集成到扫描透射电子显微镜 (STEM) 中的激光激发系统，用于基于超高分辨率电子能量损失谱 (EELS) 的纳米尺度热传导测量。通过修改的光学孔径机制引入纤维耦合激光，实现灵活的 holder 几何和大倾角，无需在极杆间隙中放置光学元件。脉冲激光激发与外部栅控直接电子探测器同步，实现约 50 ns 的时间分辨率和 <10 meV 的能量分辨率。通过详细平衡原理确定局部温度，通过拟合包括辐射损失的前向时间中心空间热扩散模型提取热传导参数。对于非晶碳薄膜，我们获得热导率为 1.24 $\frac{W}{m\cdot K}$，热容为 821 $\frac{J}{kg\cdot K}$，与文献值一致。该框架 enables 对材料和器件进行时分辨的纳米尺度热传导测量。