【摘要】 自20世纪上半叶以来，透射电子显微镜对科学的发展产生了前所未有的影响。

透射式电子显微镜是一种用于在现有最高倍率范围内检查物质的基本技术。它最具挑战性的分支之一是原位显微镜，它可以实时观察动态过程。在各种刺激中，如应变、温度、磁场或电场，很少观察到光−物质相互作用。然而，近年来，人们对这项技术的兴趣显著增加。因此，Andrzej M. Żak[1]总结和批判性地回顾了所有用光进行的现场实验，将辐射带入透射电子显微镜的各种技术可能性，以及光和电子对所研究物质的影响之间最重要的区别。最后，总结了利用光激发进行进一步研究的最有前途的方向。

 

自20世纪上半叶以来，透射电子显微镜对科学的发展产生了前所未有的影响。几十年来，人们不仅有机会在原子尺度上研究感兴趣的现象，而且还有机会在观测过程中影响物质。这种类型的实验被称为动态显微镜，或者更常见的是原位透射电子显微镜。原位透射电子显微镜几乎和基本成像技术本身一样古老。毕竟，电子束与物质发生强烈的相互作用，随着剂量的变化而改变其结构和性质。

 

与其他原位电子显微镜技术相比，光与物质的相互作用不是大多数研究人员的兴趣所在。从事荧光或多光子显微镜的研究人员和专门从事电子束使用的研究人员之间几乎没有重叠。这是因为很难将光诱导效应与微米或纳米级可观察到的真实结构变化联系起来。与光吸收有关的效应通常借助于JABłonskí图来描述。由一个量子光激发的分子从基态进入激发的单重态的一个振动能级。它可以通过发射荧光光子或无辐射弛豫恢复到原来的状态，或者经历系间交叉达到激发的三重态。在这一点上，它可以通过发射磷光光子、通过非辐射弛豫或通过将其能量转移到另一分子来恢复平衡。

 

图1 不同将光线带入透射电子显微镜的方法[1]。

 

光化学提供了大量的现象和效应，而电子成像对这些现象和效应大多不敏感。然而，通过适当的实验设计，可以获得无与伦比的更好的瞬变电磁分辨率。到目前为止，光诱导原位透射电子显微镜还偶尔被使用，因此没有必要指出它的应用前景是非常遥远的。未来研究的首选可能是有趣的光催化体系。

 

图2 透射电子显微镜内样品不同照明方式的方案[1]。

 

磁洛伦兹显微镜，光敏半导体的全息成像，和进一步开发低剂量电子成像方法，将导致能够在达到致命条件之前原位拍摄微生物的几个电子图像。预计所描述的技术将在生命科学领域得到更广泛的应用，例如在抗菌光动力疗法和光合作用研究领域。

 

[1] ŻAK A M. Light-Induced In Situ Transmission Electron Microscopy─Development, Challenges, and Perspectives [J]. Nano Letters, 2022, 22(23): 9219-26.

 

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