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Sandbox Physics

E49 · 电子采集

超快 TEM：时间分辨与计数的取舍

记录延迟序列与未泵浦参考，再从相机计数拟合弛豫，比较脉冲电荷与可重复性。

交互模型超快 TEM：时间分辨与计数的取舍
存储帧数—\text{—}
记录样品事件总数—\text{—}
理想样品调度时间—\text{—}
存储每帧入射电子数—\text{—}
每帧脉冲数—\text{—}
计算响应半高全宽—\text{—}
计算空间点扩散半高全宽—\text{—}
所选记录延迟—\text{—}
记录参考区域事件数—\text{—}
拟合弛豫时间—\text{—}
拟合相对均方根误差—\text{—}
实验目标—\text{—}

物理教程

超快 TEM：时间分辨与计数的取舍

背景记录延迟序列与未泵浦参考，再从相机计数拟合弛豫，比较脉冲电荷与可重复性。

为什么值得理解许多温和脉冲能揭示单个强脉冲模糊掉的动力学吗？

先抓重点

核心问题
许多温和脉冲能揭示单个强脉冲模糊掉的动力学吗？
一句话直觉
解释处理结果前，保留采集历史。

核心数学模型

高斯响应宽度

σt2=wp2+we2+wsc28ln⁡2+σj2wsc=0.004 ps (Ne−1)2/3\begin{aligned}\sigma_t^2&=\frac{w_p^2+w_e^2+w_{\mathrm{sc}}^2}{8\ln2}+\sigma_j^2\\w_{\mathrm{sc}}&=0.004\,\mathrm{ps}\,(N_e-1)^{2/3}\end{aligned}

脉冲宽度为半高全宽，抖动为均方根；电荷展宽系数为指定教学参数。

展宽的弛豫

R(t)=∫0∞e−u/τe−(t−u)2/(2σt2)2πσt duR(t)=\int_0^\infty e^{-u/\tau}\frac{e^{-(t-u)^2/(2\sigma_t^2)}}{\sqrt{2\pi}\sigma_t}\,du

正延迟指样品处电子在泵浦后到达；高斯函数面积为一。

记录相机对比度

ci=1−Ci/C0(a^,τ^)=arg⁡min⁡a≥0,τ∑i[ci−aR(ti;τ)]2\begin{aligned}c_i&=1-C_i/C_0\\(\widehat a,\widehat\tau)&=\arg\min_{a\ge0,\tau}\sum_i[c_i-aR(t_i;\tau)]^2\end{aligned}

固定的 20 纳米圆形区域与独立记录的未泵浦图像定义曲线。最小二乘残差为描述量，不是寿命不确定度。

常见难点

科学边界

容易误解小残差即可证明物理实验完全分辨。

正确理解合成的 200 千伏透射像模型：因果指数特征经高斯泵浦、电子脉冲与时间抖动展宽。空间电荷的时空宽度使用明确指定系数，不是库仑求解或仪器标定。每一延迟从相同制备的新样品开始；频闪随后重复激发该样品，不可逆预设在首次泵浦后保留永久状态。单发在各延迟使用新副本上的一个脉冲，不是同一不可逆事件的电影。拟合只使用固定相机区域与记录未泵浦参考，不读取指定寿命。保留散粒噪声、共同参考相关性及有限采样；不含 CTF、衍射、压缩、速度失配、热积累或损伤求解。平面与路径为示意。

动手实验

  1. 01

    规划脉冲策略

    预测增加每脉冲电子数如何改变计数与脉冲宽度。

    应该观察到： 固定总电子数时，许多温和脉冲可避免指定空间电荷展宽。
  2. 02

    采集延迟序列

    记录 31 延迟帧与一幅未泵浦参考，并选择记录帧。

    应该观察到： 相机记录实空间图像计数，非独立合成的时间曲线。
  3. 03

    拟合存储计数

    提交弛豫拟合，并检查计数曲线与残差。

    应该观察到： 拟合振幅吸收空间模糊；已知响应宽度来自脉冲标定。
  4. 04

    检验可重复性

    比较单发与不可逆频闪采集。

    应该观察到： 大量计数不能挽救平均了不同样品历史的测量。