MERLIN T4 直接电子探测器
Merlin T4概述
作为下一代混合像素直接电子检测技术，Merlin T4专为高速、高精度电子显微镜而设计。
Merlin T4是Quantum Detectors公司迄今为止最先进的探测器，为4D-STEM和电子衍射等尖端应用提供了卓越的时间分辨率、数据吞吐量和空间精度。它采用CERN的Timepix4芯片，基于65nm CMOS工艺制造，实现无噪声事件驱动检测，时间分辨率达到200皮秒，同时帧驱动模式下的持续帧率超过40,000帧/秒。其全数据驱动读出架构超越了传统110nm工艺的探测器，在时间分辨率、空间精度和高通量性能等方面提供了无与伦比的组合，这些都融入到一个紧凑且真空兼容的设计中，以满足下一代TEM工作流程需求。
重要的是，Merlin T4已在多种束流条件下得到验证——既支持对束流敏感材料进行超低剂量成像，也支持对要求苛刻的4D-STEM和衍射工作流程进行高通量采集。这使其成为诸如沸石、二维材料及有机薄膜等易损样品的理想选择，因为使用传统探测器的TEM条件可能会对样品造成不可逆损伤。
凭借其真正基于事件(event-based)的数据捕获能力和单电子灵敏度，即便在剂量受限实验中，Merlin T4同样能够提供清晰、高质量的数据。不论是在材料科学领域探索动态过程还是从对束流敏感样本获取倾斜系列图像，Merlin T4都能展现出高速性能、纳米级空间分辨率及200皮秒时间精确性，从而捕捉其他探测器所遗漏的信息。
目前，该设备已在欧洲领先的国家实验室及大学显微镜中心投入使用。随着研究人员逐步采用新一代方法进行4D-STEM和超快电子显微镜技术等领域的研究，其国际关注度也正在北美和亚洲不断增长。
为什么选择Merlin T4？
全球验证： 已部署于欧洲、北美及亚洲顶尖研究机构，包括国家实验室与大学显微镜中心。
可切换检测模式：可无缝切换至基于帧驱动或事件驱动采集模式，从微秒级帧采集到200皮秒时间戳事件捕获皆可实现。
宽剂量范围兼容性：针对超低剂量与高通量条件进行了优化，可支持剂量敏感型4D-STEM透射电镜研究以及严苛要求下的电子衍射工作流程，无饱和或信号丢失现象发生。
内置扫描引擎：支持与赛默飞(Thermo Fisher)、JEOL和NanoMEGAS等主流TEM系统之间灵活触发与同步，有效简化动态实验设置过程。
灵活整合：专为空间有限的TEM设计，其纤细且可伸缩结构确保真空兼容性；光纤读出技术允许长达10米的无信号衰减之探测器-服务器距离。
规格参数
· 分辨率: 512 x 448 像素， 55μm像素大小， 有效探测面积694mm2
· 事件模式 时间分辨率: 200 ps；等效帧速达106 fps以上
· 帧驱动模式 帧速: >40,000 fps (全幅)
· 直接电子检测(无需闪烁体）
· 支持位置、时间及能量读取之事件计数功能
· 抗辐射CMOS架构 (30~300 keV能量范围）
· 大面积探测区配备多芯片架构
· 高通量兼容性，无饱和限制
Merlin T4是一款建立在CERN的Timepix4芯片基础上的下一代混合像素直接电子探测器，它能够实现事件驱动模式下皮秒级时间分辨率和帧模式下超过40,000幅/秒的直接电子探测。不同于依赖闪烁体与光转换机制导致噪音干扰并降低保真度的CCD或传统CMOS探测器，Merlin T4能够以极佳清晰度直接在硅传感器中侦测到入射电子。
在事件驱动模式下，每个入射电子的位置信息、能量和准确抵达时刻均被记录下来，使得即便处于高频环境亦能保持真实单电子灵敏度，非常适用于4D-STEM、快速电子衍射、冷冻电镜，以及电子束敏感材料。在优异的抗辐射设计加上大有效探测面积保障下，Merlin T4将速度、精度、可靠性提供给要求最高的各类TEM应用场景。
Merlin T4：用于透射电子显微镜中Timepix4探测器的高速读出电子设备
Merlin T4是一款高性能混合像素探测器，已在全球顶尖的透射电子显微镜实验室中投入使用。
Merlin T4专为满足Timepix4芯片的需求而设计，具有紧凑且可伸缩的机械结构，有效散热以应对高速数据采集所产生的额外热量，无需液冷系统。其纤薄的外形即使在空间受限的TEM环境中也能实现良好的集成。
为了最大化灵活性，数据通过高速光纤输出进行传输，数据读出系统可以远离显微镜柱体布置，而不影响性能表现。
所有核心组件，包括读出电子模块、系统固件和采集软件均由Quantum Detectors公司自主研发。这使Merlin T4能够充分发挥Timepix4的带宽优势，实现持续长时间的数据采集，同时保持速度、保真度和可靠性的高度一致性。
经过全球领先显微镜实验室的验证，Merlin T4支持多种高通量电子显微镜工作流程，包括4D-STEM、快速电子衍射以及对束流敏感成像等先进材料科学应用。
Merlin T4的应用
Quantum Detectors系统旨在满足用户需求，以帮助研究人员取得理想成果。该系统支持的一些具体应用：
4D-STEM技术
4D-STEM是一种最现代的快速帧电子探测技术，如MerlinEM所支持，可以对每个探针位置下完整分布的电子进行有效成像。尽管这一技术通常被称为4D-STEM，但“扫描衍射”或“动量分辨STEM”也是常用术语。
衍射成像与SPED(扫描旋进电子衍射)
Merlin T4探测器提供了独特性能来进行电子衍射成像，其同时具备高动态范围、高帧率及单粒子计数能力，大幅扩展了这一成熟技术组合的适用性。此外，即便在 300 kV 下，Merlin T4仍然具备辐射安全性，因此无需使用束流阻挡器。
Ptychography 叠层扫描成像
叠层成像是相干衍射成像(CDI)的一个重要分支，通过利用相干能量源(如电子或X射线)照射样本，并从远场衍射图案中的相位恢复分析提取样本的信息，从而获取其相位信息。
三维电子衍射/MicroED
三维电子衍射(3D ED），亦称为MicroED，是一套强大的数据收集技术，可用于解析亚微米级颗粒结构。凭借其高动态范围、抗辐照能力以及零噪声条件下精确计数每个入射电子的能力，使得 Merlin T4探测器成为完成3D ED实验的重要工具。
Merlin T4的特点
事件驱动模式下200皮秒时间分辨率
Merlin T4的核心是欧洲核子研究中心(CERN)开发的Timepix4 ASIC芯片，其提供了开创性的事件驱动检测功能。每个单独电子都能以200皮秒精度进行时间戳记录，从而允许在采集后将数据重建到几乎任意时间窗口，甚至可以达到相当于50亿帧每秒的帧率。这为时间分辨电子显微镜开辟了全新的研究维度，使得对快速结构变化、瞬态束流相互作用及超快材料行为等现象进行详细探索成为可能，而这些是传统基于帧模式方法无法实现的。
基于目前先进的TEM和Merlin T4事件驱动模式，可以轻松实现等效帧速高达2x106 fps的4D-STEM扫描，1024x1024区域的扫描最快在0.5秒内即可完成。
帧模式下全视场40,000帧/秒的最高分辨率成像
Merlin T4在整个512 x 448像素矩阵上可实现高达40,000帧/秒(fps)的成像，无需进行像素合并、裁剪或降低分辨率。这使得研究人员能够以完整的空间保真度捕捉高速事件，因而该探测器非常适合用于先进的4D-STEM工作流程、电子衍射实验以及任何需要速度与图像细节兼顾的应用。最大吞吐量下的全帧采集简化了实验过程，并确保不会因空间权衡而丢失数据。
无间隙读取，实现连续数据采集
Merlin T4拥有独特的像素级架构，每个像素配备两个独立计数器，以乒乓结构(双缓冲区)运行。当一个计数器获取传入事件时，另一个则负责读取先前收集的数据。这一设计确保了完全无间隙读取，消除了通常会导致高速成像中数据丢失的问题，即帧与帧之间存在死区时间。对于对束流敏感样品或动态原位实验而言，这一能力至关重要，它能够不间断地获取每一次电子相互作用，从而支持连续倾斜系列、动态叠层扫描成像或多帧成像，而不会错过关键瞬间。
动态过程的高速原位表征
Merlin T4是原位表征实验的理想探测器，在此类实验中，需要实时观察受外部激发(如温度、电偏置或气体环境)影响下样品状态。高帧率、事件驱动采集和无噪声读出的结合，使得研究人员能够观察并量化正在发生的结构变化、化学反应或相变。因此，Merlin T4成为理解反应机制、降解行为和材料转变的重要工具，其在时间和空间上的精确性无与伦比。
无噪声数字电子计数
不同于那些受到读出噪声影响或者需要模拟积分处理信号的传统探测器，Merlin T4实现了真正意义上的数字电子计数。每个像素根据用户设定阈值智能过滤低能背景事件，仅记录真实信号。这意味着即便在低曝光条件下，也不存在读出噪声，从而获得异常干净的数据。在精准阈值设定和零暗电流下，Merlin T4提供卓越图像对比度及准确定量测量，非常适合严苛分析工作流程。
精细样本的剂量敏感成像
对于剂量敏感材料而言，Merlin T4提供了一项强大的优势：用户可以快速获取一系列短时序列图，例如100幅1毫秒的曝光图，然后通过回溯求和来分析样本随时间变化情况。这种方法使研究者能够确定最佳曝光水平，有效减少电子束损伤，并从单次采集中调整影像参数，对于脆弱纳米材料、聚合物或者长照明下易降解层状结构等领域具有重大意义。
从飞安到皮安范围内实现剂量效率成像
凭借单粒子灵敏度及其事件驱动架构，Merlin T4能够在低至100飞安(fA)的束流条件下实现精准成像。这一能力对于诸如沸石、有机物质以及二维材料等对束流高度敏感应用尤为重要。不似其他需较高电流水平才能获得有效信号之探测器，该设备在低剂量与高通量工作流程中均保持良好的图像保真性与分辨力，因此特别适用于材料科学研究、原位观测及超快结构分析领域。
由科学家主导的软件平台具备实时可视化功能
Merlin T4软件平台由经验丰富且专注于透射电子显微镜(TEM)技术研发团队打造，以满足复杂成像工作的需求，同时保证操作简便且不妨碍科学深度。该平台具备实时可视化功能，可简化实验设置，并与Python、EPICS及自动化框架等分析工具完美整合，是高级4D-STEM、高速衍射以及原位表征工作的理想选择。
对于处理电子剂量敏感样本或快速演变过程的研究人员而言，Merlin T4提供了无与伦比的时间分辨率控制。与传统系统如MerlinEM能够实现毫秒级数据采集不同，Merlin T4支持事件驱动成像，其帧窗口可短至25微秒，甚至能够对每个电子进行纳秒级的时间戳记录。这使得研究者能够在超短时间域内重建数据，从而深入研究瞬态束流相互作用、动态材料行为以及低通量成像场景，并以空前清晰度呈现结果。
无论您是在探索纳米材料中的快速过程，还是进行低剂量结构研究，Merlin T4背后的软件都能确保您的数据被准确、高效地捕获，并提供所需的科学背景信息。
