多機能振動顕微鏡走査型蛍光イメージングシステムは、レーザー精密走査、時間分解取得、画像処理技術を駆使して、マイクロ・ナノスケール空間における物質の光物性を得る高精度な装置です。主に半導体試料、光電変換材料、光触媒材料、生体試料などのマイクロ・ナノスケールでの蛍光ダイナミクスやイメージングを研究するために使用されます。主な構成は、レーザー光源、顕微鏡（正立または倒立）、レーザー走査装置、検出器などで、コンピュータ制御による完全自動のデジタル画像取得・処理を行い、蛍光強度共焦点イメージング、蛍光寿命イメージング、キャリア移動イメージング、マイクロ・ナノ空間蛍光分光、ラマン分光取得など、さまざまなイメージングと検出機能を実現することができる。また、極低温装置、高電圧装置、（過渡）光電流・光電圧検出装置、パルス電圧装置と組み合わせることで、様々な外部条件下での蛍光カイネティクス検出、高空間分解能光電流イメージング、エレクトロルミネセンスカイネティクスとイメージングなどの様々な特殊機能を実現することができる。

06応用例2：キャリアマイグレーション・ダイナミクス・イメージング

イメージング原理：本システムは、レーザースポット励起と振動場走査モードでの蛍光取得により、物質面スケールでのキャリアの移動（拡散）のダイナミクスを可視化します。検出モードでは、顕微鏡の背面から励起光を導入し（振動場は通さない）、特定の場所を選択して試料を励起し、蛍光取得チャネルは振動場を通過して検出器に入る。励起点の位置は撮像中一定に保たれ、振動場の走査により、試料表面の異なる位置で蛍光を収集することができる。光生成キャリアの移動に基づき、上記イメージングモードでは、励起位置から試料の他の位置へのキャリアの移動のキネティックプロセスを実現し、最も直感的なイメージング検出を実現します。キャリアの移動のキネティクスは、取得点（バイブロシススキャンの画素位置）から励起点までの時間（TCSPC）と距離（TCSPC画素距離）で捉えることができます。蛍光の運動過程をフィッティングすることで、マイクロ・ナノサイズの試料（または試料のマイクロ・ナノサイズ空間内）に対して、キャリア移動係数、キャリア複合時間（寿命）、キャリア移動距離を同時にプローブすることができる。

動作原理の模式図

動作原理をアニメーションで説明

サンプル：カルシウムチタン酸化物ナノワイヤー

イメージングモード：キャリア・マイグレーション・ダイナミクス・イメージング

タイムラプスイメージングマップ

ダイナミックなビジュアルイメージングを可能にする

カルコゲナイドナノワイヤーの蛍光強度の空間分布は、固定励起-蛍光走査モードで得られ、時間tにおける試料の任意の位置（x,y）の蛍光強度I（t）x，yは、時間tにおけるその位置のキャリア濃度（φ（t）x，y）と比例する。

したがって、この蛍光イメージングマップは、ナノワイヤー内のキャリア濃度分布の瞬間ごとの変化を反映しており、この進化過程は、濃度勾配によって駆動されるナノワイヤーの励起点（高濃度）から非励起領域（低濃度）へのキャリア移動を反映しており、異なる位置での蛍光ダイナミクスカーブを抽出してフィットすることにより、キャリア移動、寿命、移動距離の情報を得ることができ、またデータ解析ソフトにより、次のように得ることができる。また、異なる瞬間のナノワイヤの蛍光イメージングマップを得ることができ、非常に直感的な蛍光強度の動的進化マップを構築することができる。

参考までに：

W. Tian, C. Zhao, J. Leng, R. Cui, S. Jin*. J. Am. Chem. Soc.、2015、137、12458-12461

サンプル：チタン酸カルシウム多結晶フィルム

イメージングモード：キャリア・マイグレーション・ダイナミクス・イメージング

定点励起蛍光取得スキャンイメージングと定点抽出キネティクス

複雑な多結晶構造におけるキャリアマイグレーションダイナミクスの検出

粒内、粒間のキャリアの移動が観察される。

(注)粒径の大きさによって制限されます。

カルコゲナイド多結晶膜の表面電荷抽出効率のイメージング；Spiro-OMeTAD：ホールアクセプター；PCBM：電子アクセプター

参考までに：

W. Tian, et al., T. Lian*, S. Jin*. Angew. Chem. Intl. Edit. 2016, 55, 13067-13071.

07応用例3：蛍光スポット拡散イメージング

固定励起-蛍光走査イメージングモードに基づき、励起後の異なる瞬間における蛍光スポットサイズの変化を収集・解析することで、キャリア移動の速度論的パラメータを得ることができます。

ショートレンジキャリアマイグレーションマテリアルシステムに適しています。

移動距離の空間分解能を達成可能：～50 nm

サンプル：CS2AgBiBr6カルシウムチタナイト

イメージングモード：蛍光スポット拡散観察キャリアマイグレーションダイナミクスイメージング

より大きなスポットサイズ

参考文献

YanfengYin、WenmingTian、*etal.JimingBian。およびShengyeJin,ACSEnergyLett.2022,7,154-161

サンプル：カルシウム・チタン酸化物フィルム

研究者らはこのシステムを用いて、異なるポリマー材料によるカルコゲナイド太陽電池表面のパッシベーションの効果、およびキャリア移動係数への影響を調べることに成功しました。

参考までに：

Minhuan Wang, et al. Rational selection of polymeric structure for interface engineering of perovskite solar cell, Joule, 2022.

08応用例4：極低温室内での蛍光イメージング

蛍光イメージングシステムは、顕微鏡の極低温装置のパラメータに応じて、オプションでワーキンググループ距離の異なる対物レンズを組み合わせ、効率的な蛍光情報の取得を実現することができます。異なる温度での蛍光強度、蛍光寿命、キャリア移動、蛍光発光スペクトルなど、幅広いイメージングとデータ取得が可能です。

サンプル：MAPbI3ナノワイヤー

実験条件：100倍、空間分解能<1μm

撮像モード：共焦点レーザー走査撮像モード

カルコゲナイドナノプレカーサーの低温相転移過程の空間分布と進展の観察

09応用例5：オートクレーブ内の蛍光イメージング

蛍光イメージングシステムは、顕微鏡用の高電圧装置と組み合わせることができ、高電圧装置のパラメータに応じて、作業群距離の異なる対物レンズを選択することで、効率的な蛍光情報の取得を実現します。異なる温度での蛍光強度、蛍光寿命、キャリア移動、蛍光発光スペクトルなど、幅広いイメージングとデータ取得が可能です。

サンプル：MAPbI3単結晶ナノシート、MAPbI3ナノワイヤー

実験条件：100倍エアスコープ、空間分解能<1μm

イメージングモード：共焦点レーザー走査イメージングモード、キャリアマイグレーションイメージングモード

MAPbI3ナノワイヤーの異なる圧力下でのレーザー走査型蛍光イメージング

異なる圧力下での蛍光速度曲線

MAPbI3ナノワイヤーにおける圧力差によるキャリア移動の蛍光イメージング

異なる圧力下でのキャリア移動速度曲線

参考文献：YanfengYin,WenmingTian,*etal.,JimingBian.とShengyeJinACSエネルギーレット.2022,7,154-161

10応用例6：エレクトロルミネッセンスキネティックイメージング

蛍光強度、蛍光寿命、蛍光・EL発光スペクトルの同時検出に対応した電気パルス発生装置を組み合わせることで、エレクトロルミネッセンス（EL）のキネティクス検出と試料（LEDデバイスや材料など）のイメージングを可能にした蛍光イメージング装置です。検出原理は、TCSPC技術により、電気パルス条件下での試料発光のキネティクス進化とEL空間イメージングを実現するものである。

サンプル：CdSe/ZnSe/Zns量子ドットLEDデバイス

電圧：10V

パルス幅／周波数：10μs／10KHz

►LED発光層のEL分布を観察し、バッドスポット領域の存在を検出することができます。

ELダイナミクスの抽出によるマイクロ・ナノ領域サイトごとのELダイナミクスの違いや変化、オーバーシュート現象の観測 ►ELダイナミクスの抽出によるマイクロ・ナノ領域サイトごとのELダイナミクスの違いや変化、オーバーシュート現象の観測

EL画像連続取得によるLEDエージングプロセスの観察

11応用例7：光電流イメージング

蛍光イメージングシステムは、ソースメーターとサンプル（太陽電池や光検出材料）の光電流イメージング、マイクロ・ナノ空間でのI-V曲線の取得とイメージングを組み合わせることにより、蛍光強度、蛍光寿命、蛍光発光スペクトルの検出に対応しています。検出原理は、試料上に集光したレーザースポットを走査し、振動場によって光電流またはその他の光電子パラメータを取得することに基づいています。

実際の太陽電池デバイス上で直接、光電流や蛍光のイメージングが可能です

動作原理の模式図

デバイスの状態を直接撮影

セル粒、粒界などの空間構造、異なる粒間の光電流分布を明確に区別する。

光電流発生メカニズム解析のための蛍光強度、蛍光寿命画像取得に対応。

ワイドレンジイメージング

参考までに：

Zhao, X; Wang, Z.; Tian, W.; Yan, X.; Shi, Y.; Wang, Y.; Sun, Z.; Jin S., a positive correlation between local photocurrent and grain size in a perovskite.太陽電池 ジャーナル・オブ・エナジー・ケミストリー 2022.

出典：トライスタースペクトラム＠WeChat

日付：2022/05/10