Приборы и техника эксперимента, 2022, № 6, стр. 137-139

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.

Рис. 1.

а − схематичное изображение криостата, б – фотография криостата в разобранном виде, в – фотография собранного криостата. 1 − к насосу; 2 − объектив микроскопа; 3 − стекло; 4 − резиновое уплотнение; 5 − термометр; 6 − образец; 7 − элементы Пельтье; 8 − провода; 9 − герметичный разъем для проводов; 10 − сильфонный вакуумный вентиль.

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 90^оС. 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.

Рис. 2.

Спектры люминесценции нанокристаллов перовскитов CsPb(Cl, Br)₃ в стеклянной матрице при различных температурах (цифры у кривых). Длина волны возбуждающего излучения 457 нм.

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.