[custom_headline type=”left” level=”h1″ looks_like=”h2″]MerlinEM [/custom_headline]


    The MerlinEM Direct Electron Detector (DED), a pixelated detector ideal for applications such as 4D STEM and dynamic TEM imaging, offers rapid readout and improved signal to noise.




MerlinEM is a fast pixelated detector for electron microscopes. MerlinEM’s versatile technology allows for acquisition speeds greater than 21,000 frames per second (@ 1 bit mode) and comes with a workstation computer. MerlinEM is a particle counting detector – each pixel has complex analog and digital circuitry to discriminate single particle events. Noise free, zero dead time readout is possible due to the hybrid design of the detector.

MerlinEM uses threshold discriminators to separate incident electrons from a background signal. It is ideally suited for 4D STEM and dynamical TEM imaging. The detector can be triggered by external events – enabling pump-probe and in situ type of experiments. Near ideal detector performance (in terms of DQE and MTF) can be reached for electron energy decreasing towards 60 keV1.

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Key applications

  • 4D STEM.
  • Time resolved TEM.
  • Psychography.
  • Strain imaging.
  • Lorentz microscopy.
  • Electron diffraction imaging.
  • CBED.
  • Key features

  • Direct detection: Noise-free readout of single electron events.
  • Dynamic range: 24-bit maximum counting depth (1:16.7 million intensity range in a single image), 12-bit counting depth with no dead time.
  • Rapid and versatile readout: Several bit depth modes allow for varying readouts speeds, including up to 1825 Hz in typical 12-bit mode, and up to 21,000 Hz in binary mode (1-bit). Additionally, the shutter speed can be opened for as low as 200 ns for pump-probe experiments.
  • Wide energy range and radiation tolerance:30 keV – 300 keV operating range suitable for low and high energy experiments.
  • Size and Mount: 256 x 256 pixels with retractable and static mounts fits most microscopes.
  • Le « Scan Engine » de Quantum Detectors permet un balayage STEM avancé et hautement personnalisable, pour les microscopes électroniques.

    Principaux avantages

  • Générez des balayages arbitraires aléatoires à l’aide d’un tableau de positions pouvant atteindre 50Mpixels, afin de minimiser les dommages du faisceau sur les échantillons fragiles.
  • Générez des balayages matriciels standards pour l’imagerie STEM ou l’imagerie hyperspectrale EELS.
  • Acquérir jusqu’à 6 canaux vidéo simultanément, avec la possibilité d’utiliser 2 d’entre eux comme entrée de balayage externe.
  • Acquérir jusqu’à 6 sources d’événements en tant que canaux de données.
  • Synchronisez le balayage avec plusieurs caméras.
  • Générez une variété de signaux pour contrôler les lasers dans les expériences pompe-sonde, les détecteurs, etc…
  • Temps mort minimum par pixel : 200 ns.
  • Python / C++ API.


  • Figure 1: Image HAADF et cartographies élémentaires de Sc et Dy dans ScDyO3 sans correction de dérive.

    Figure 2: Image HAADF cartographies élémentaires de Sc et Dy dans ScDyO3 avec correction de dérive en temps réel. Notez que les chaînes en zigzag Dy-Dy (décalage d’amplitude de 70pm) dues à la distorsion structurelle de DyScO3 sont clairement visibles à la fois dans les cartos HAADF et Dy.

    Nous présentons ici les travaux de Marcel Tencé et al. sur l’imagerie hyperspectrale EELS en temps réel, utilisant le « Scan Engine » de Quantum Detectors en association avec la caméra d’électrons directe MerlinEELS, en tirant parti de l’acquisition à grande vitesse et de la lecture sans bruit de fond. Cette caméra permet d’enregistrer des images hyperspectrales en séquence, tout en ajustant la zone de balayage entre chaque spectre pour qu’elle reste sur la même zone de l’échantillon. Pour ce faire, le groupe a utilisé des corrélations croisées entre des images HAADF successives, acquises simultanément avec les images hyperspectrales de l’EELS afin d’estimer la dérive se produisant lors de chaque balayage.
    Cette approche élimine la nécessité d’une image de calcul de dérive définie séparément, comme c’est couramment utilisé, mais qui présente souvent des difficultés lorsque la zone appropriée n’est pas toujours disponible.
    La figure 1 montre une image HAADF et des cartographies élémentaires des signaux Sc raie L (env. 400eV) et Dy raie M (env. 1300eV) à partir d’une acquisition hyperspectrale conventionnelle sans correction de dérive sur un cristal ScDyO3, orienté le long de l’axe pseudo-cubique [100]. Le temps mort était de 20 ms, ce qui donne une durée d’acquisition totale de 444 s. Une dérive considérable s’est produite, intégrant des distorsions dans les images.
    La figure 2 montre les résultats équivalents en utilisant leur approche avec le « Scan Engine » de Quantum Detectors. Ici, 100 acquisitions hyperspectrales, chacune avec un temps mort nominal des pixels de 200 µs, ont été collectées et additionnées sur la même zone. La durée totale d’acquisition du signal est donc la même que dans la figure 1 et les niveaux de comptage sont similaires. Cependant, l’image et les cartographies obtenues sont essentiellement exemptes de distorsion liée à la dérive. Cette méthode est la voie à suivre pour l’imagerie hyperspectrale EELS.

    Spécification techniques

    Sorties : 2 sorties programmables, ±10 V
    Mode de balayage arbitraire : Réalise des imageries arbitrairement espacées, réduisant les dégâts du faisceau
    Temps mort min. par pixel : 200 ns
    Entrées vidéo : 6
    Sorties synchronisation : 8 TTL
    Lignes entrée numériques : 5 TTL
    Contrôle de l’obturation du faisceau : TTL
    Retour en vol « Flyback time » : µs à ms
    Communication : USB 3.0
    Système d’exploitation : Windows 10
    Dimensions : 483mm x 215mm x 88mm

    Spécification techniques

    Capteur : Silicium 500 µm
    Type de capteur : Réseau de diodes hybrides en silicium à polarisation inverse
    Taille du pixel : 55 x 55 µm
    Zone active : 14 mm x 14 mm ou 28 mm x 28 mm
    Pixels : 256 x 256 (seul) ou 512 x 512 (quadruple)
    Bruit de lecture : Zéro avec seuils définis
    DQE à 60keV : 1 à la fréquence zéro
    0.45 à Nyquist1
    MTF à 60 keV : >0.62 à Nyquist (en fonction du mode)
    Fréquence d’image max (continue) : 1825 Hz (12-bit)
    Temps d’écart (continue) : 0 µs
    Plage dynamique maximale : 24 bits – jusqu’à 16,777,216 coups par pixel
    Tension de déclenchement : Impulsion 3.3 / 5 V TTL ou à travers le logiciel intégré
    Communication : Jusqu’à 10m de câble VHDCI; Protocole TCP/IP
    Gamme d’énergie : 30 keV – 300 keV
    Logiciel : Labview et TCP/IP protocole
    Montage : Statique ou rétractable en bas de colonne ou sur un port 35 mm

    Quantum Detectors present 4D STEM with MerlinEM

    Quantum Detectors live demonstration of the MerlinEM direct electron detector

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