Приборы и техника эксперимента, 2022, № 6, стр. 137-139
ПРОСТАЯ ГЕРМЕТИЧНАЯ КАМЕРА С КОНТРОЛИРУЕМОЙ ТЕМПЕРАТУРОЙ ДЛЯ ОПТИЧЕСКОЙ МИКРОСКОПИИ
А. А. Галиуллин, С. Г. Мартанов, М. Л. Скориков, Е. В. Колобкова, М. С. Кузнецова, А. Ю. Кунцевич
Поступила в редакцию 09.05.2022
После доработки 15.06.2022
Принята к публикации 16.06.2022
- EDN: QDTSEF
- DOI: 10.31857/S0032816222060052
В оптических исследованиях образец зачастую должен находиться в условиях, отличных от стандартных, например: при повышенной или пониженной температурах, в вакууме, в атмосфере инертного или агрессивного газа. Для создания подобных условий необходима камера с прозрачным окном, помещаемым под объектив микроскопа с большим рабочим отрезком. Зачастую такая камера представляет собой оптический криостат для микроскопии, дорогостоящий и не всегда достаточно компактный [1 ].
В настоящей работе мы представляем камеру, собираемую из недорогих, коммерчески доступных компонент с привлечением небольшого количества механических работ. Преимуществами данной конструкции по сравнению с коммерчески доступными криостатами для микроскопии являются компактность, простота и дешевизна изготовления, быстрый доступ к образцу, а также возможность получения температур выше комнатной. Недостаток конструкции − не очень низкая температура.
Основа камеры − металлический радиатор водяного охлаждения компьютерного процессора RYZEN 3600 производства фирмы bykski, из внутренней части которого удалена фрезеровкой рифленая часть теплообменника (рис. 1). На дно камеры помещена пирамидальная 4-ступенчатая готовая сборка элементов Пельтье, на вершине которой расположена медная платформа с местом для крепления образца (~1.5 см2), к которой прикреплен термометр сопротивления. В крышке радиатора, притягиваемой к нижней части винтами через вакуумное уплотнение, проделано смотровое отверстие. Смотровое окно уплотнено по витоновому кольцу по краю смотрового отверстия. На крышке компьютерного радиатора до механической обработки имелось два отверстия с резьбой 1/4'' для циркуляции теплоносителя. Одно из этих отверстий расточено под смотровое окно, а на второе установлен тройник для электропроводки и вентиля откачки-наполнения газом, снабженного фланцем KF16. Электропроводка через герморазъем позволяет управлять элементом Пельтье, измерять температуру и дает пользователю доступ к 15-ти контактным площадкам, расположенным у образца, для оптоэлектронных исследований. Все неразборные вакуумные соединения выполнены склейкой при помощи эпоксидной смолы Stycast 2850.
Для смены образца достаточно снять смотровое окно, диаметр которого 25 мм. Смена образца без расклейки электрических контактов на него занимает ≤2 мин. Диапазон доступных температур составляет от −30 до 90оС. Масса камеры 1 кг. Камера изготовлена из немагнитных материалов (медь и латунь), что потенциально дает возможность проводить исследования в магнитном поле. Помещение камеры на еще один радиатор (например, водяной) позволит понизить минимальную температуру еще на 10°–15°.
На рис. 2 представлены спектры фотолюминесценции нанокристаллов перовскитов CsPb(Cl, Br)3 [2], полученные при помощи установки для спектральных измерений с пространственным разрешением аналогично работе [3] при различных температурах.
Собранная камера предназначена в первую очередь для оптических исследований двумерных материалов. В воздушной среде под воздействием лазерного излучения с характерной мощностью ~1 мВт/мкм2 эти материалы окисляются. Камера в вакуумированном состоянии позволит избежать данного процесса и, следовательно, может быть использована для спектроскопии неупругих процессов (комбинационного рассеяния и люминесценции). В сочетании с самодельным микроскопом [4] камеру можно использовать для лазерного паттернирования двумерных материалов подобно работе [5]. Еще одно планируемое применение камеры − исследование долинного эффекта Холла в двумерных полупроводниках аналогично работе [6]. Следует отметить большой потенциал использования прибора − от физики до биологии.
Список литературы
https://andor.oxinst.com/products/optical-cryostats-for-microscopy
Kolobkova E.V., Kuznetsova M.S., Nikonorov N.V. // Journal of Non-Crystalline Solids. 2021. V. 563. P. 120811. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2021.120811
Akmaev M.A., Kochiev M.V., Duleba A.I., Pugachev M.V., Kuntsevich A.Yu., Belykh V.V. // JETP Lett. 2020. V. 112. № 10. P. 607. https://doi.org/10.1134/S0021364020220063
Кунцевич А.Ю. // ПТЭ 2021. V. 5. P. 156. https://doi.org/10.31857/S0032816221050074
Katsuragawa N., Nishizawa M., Nakamura T., Inoue T., Pakdel S., Maruyama S., Katsumoto S., Palacios J.J., Haruyama J. // Commun. Mater. 2020 V. 1. № 51. https://doi.org/10.1038/s43246-020-00050-w
Mak K.F., McGill K.L., Park J., McEuen P.L. // Science. 2014. V. 344. № 6191. P. 1489. https://doi.org/10.1126/science.1250140
Дополнительные материалы отсутствуют.
Инструменты
Приборы и техника эксперимента