علم الرسوم البيانية الدقيقة عالية الدقة

الفحص المجهري الإلكتروني عالي الدقة (HRTEM أو HREM) هو تباين الطور (يتكون تباين صور الفحص المجهري الإلكتروني عالي الدقة بفارق الطور بين الموجة المُركبة المُسقطة والموجة المنعرجة ، ويطلق عليه تباين الطور.) يعطي ترتيب ذري لمعظم المواد البلورية.

High-resolution transmission electron microscopy began in the 1950s. In 1956, JWMenter directly observed parallel strips of 12 Å copper phthalocyanine with a resolution of 8 Å transmission electron microscope, and opened high-resolution electron microscopy. The door to surgery. In the early 1970s, in 1971, Iijima Chengman used a TEM with a resolution of 3.5 Å to capture the phase contrast image of Ti2Nb10O29, and directly observed the projection of the atomic group along the incident electron beam. At the same time, the research on high resolution image imaging theory and analysis technology has also made important progress. In the 1970s and 1980s, the electron microscope technology was continuously improved, and the resolution was greatly improved. Generally, the large TEM has been able to guarantee a crystal resolution of 1.44 Å and a dot resolution of 2 to 3 Å. HRTEM can not only observe the lattice fringe image reflecting the interplanar spacing, but also observe the structural image of the arrangement of atoms or groups in the reaction crystal structure. Recently, Professor David A. Muller’s team at Cornell University in the United States used laminated imaging technology and an independently developed electron microscope pixel array detector to achieve a spatial resolution of 0.39 Å under low electron beam energy imaging conditions.

حاليا ، المجاهر الإلكترونية الناقلة قادرة بشكل عام على أداء HRTEM. تصنف مجاهر الإرسال الإلكترونية إلى نوعين: دقة عالية وتحليلي. تم تجهيز TEM عالي الدقة بقطب قطبي موضوعي عالي الدقة ومزيج الحجاب الحاجز ، مما يجعل زاوية إمالة طاولة العينة صغيرة ، مما يؤدي إلى معامل انحراف كروي موضوعي أصغر ؛ في حين أن التحليل التحليلي TEM يتطلب كمية أكبر للتحليلات المختلفة. زاوية الإمالة لمرحلة العينة ، لذلك يتم استخدام حذاء عمود العدسة الهدف بشكل مختلف عن نوع الدقة العالية ، وبالتالي يؤثر على الدقة. بشكل عام ، فإن 200 TEM عالي الدقة لديه دقة 1.9 Å ، في حين أن 200 Kev التحليلي TEM لديه 2.3 Å. ولكن هذا لا يؤثر على صورة TEM التحليلية عالية الدقة.

كما هو موضح في الشكل 1 ، رسم تخطيطي للمسار البصري لعملية التصوير المجهري الإلكتروني عالي الدقة ، عندما تقع حزمة إلكترونية ذات طول موجي معين (λ) على بلورة مع تباعد مستوي بلوري d ، حالة Bragg (2dsin θ = λ) راضٍ ، يتم إنشاء موجة مشتتة بزاوية (2θ). تتلاقى هذه الموجة المنعرجة على المستوى البؤري الخلفي للعدسة الهدف لتشكيل بقعة حيود (في مجهر إلكتروني ، يتم عرض بقعة حيود منتظمة تتشكل على المستوى البؤري الخلفي على شاشة الفوسفور ، وهو ما يسمى نمط الحيود الإلكتروني ). عندما تستمر الموجة المنعرجة على المستوى البؤري الخلفي في التحرك إلى الأمام ، يتم تصنيع الموجة المنعرجة ، ويتم تكوين صورة مكبرة (صورة مجهرية إلكترونية) على مستوى الصورة ، ويمكن إدراج محطتين أو أكثر من العدسات الهدف الكبيرة في البؤرة الخلفية طائرة. يسمى تصوير تداخل الموجة ، المسمى المجهر الإلكتروني عالي الدقة ، صورة مجهرية إلكترونية عالية الدقة (صورة مجهرية عالية الدقة).

كما ذكر أعلاه ، فإن الصورة المجهرية الإلكترونية عالية الدقة هي صورة مجهرية طورية متباينة تتكون عن طريق تمرير الحزمة المرسلة من المستوى البؤري للعدسة الهدف والعديد من الحزم المنعرجة من خلال الحدقة الهدف ، بسبب تماسك الطور. نظرًا للاختلاف في عدد الحزم المنعرجة المشاركة في التصوير ، يتم الحصول على صور عالية الدقة لأسماء مختلفة. نظرًا لظروف الحيود المختلفة وسمك العينة ، يمكن تقسيم الميكروجرونات الإلكترونية عالية الدقة بمعلومات هيكلية مختلفة إلى خمس فئات: أطراف شبكية ، صور هيكلية أحادية البعد ، صور شعرية ثنائية الأبعاد (صور خلية واحدة) ، ثنائية الأبعاد صورة هيكل (صورة مقياس ذري: صورة هيكل بلوري) ، صورة خاصة.

هامش شبكية: إذا تم اختيار شعاع الإرسال على المستوى البؤري الخلفي بواسطة العدسة الهدف ، وتتداخل حزمة الانعراج مع بعضها البعض ، يتم الحصول على نمط هامش أحادي البعد مع تغير دوري في الشدة (كما هو موضح في المثلث الأسود في الشكل 2 (و)) هذا هو الفرق بين هامش شبكي وصورة شبكية وصورة هيكلية ، والتي لا تتطلب أن تكون الحزمة الإلكترونية موازية تمامًا لمستوى الشبكة. في الواقع ، في مراقبة البلورات ، والرواسب ، وما شابه ذلك ، غالبًا ما يتم الحصول على هامش الشبكة عن طريق التداخل بين موجة الإسقاط وموجة الحيود. إذا تم تصوير نمط حيود إلكترون لمادة مثل البلورات ، فستظهر حلقة عبادة كما هو موضح في (أ) من الشكل 2.

صورة بنية أحادية البعد: إذا كانت العينة تحتوي على إمالة معينة ، بحيث تكون الحزمة الإلكترونية موازية لمستوى بلوري معين من البلورة ، فيمكنها تلبية نمط الحيود أحادي البعد الموضح في الشكل 2 (ب) ( التوزيع المتماثل فيما يتعلق بنقطة الإرسال) نمط الانعراج). في نمط الحيود هذا ، تختلف الصورة عالية الدقة المأخوذة في حالة التركيز البؤري الأمثل عن هامش الشبكة ، وتحتوي صورة البنية أحادية البعد على معلومات البنية البلورية ، أي صورة البنية أحادية البعد التي تم الحصول عليها ، كما هو موضح في الشكل 3 (صورة هيكلية أحادية البعد عالية الدقة لأكسيد الموصلات الفائقة ثنائية الأساس مبينة.

صورة شبكية ثنائية الأبعاد: إذا كانت حزمة الإلكترون متوازية مع محور بلوري معين ، فيمكن الحصول على نمط حيود ثنائي الأبعاد (توزيع متماثل ثنائي الأبعاد فيما يتعلق بنقطة الإرسال المركزية ، كما هو مبين في الشكل 2 (ج) ). لمثل هذا النموذج حيود الإلكترون. في محيط نقطة الإرسال ، تظهر موجة حيود تعكس خلية الوحدة البلورية. في الصورة ثنائية الأبعاد الناتجة عن التداخل بين الموجة المنعرجة والموجة المرسلة ، يمكن ملاحظة صورة شبكية ثنائية الأبعاد تظهر خلية الوحدة ، وتحتوي هذه الصورة على معلومات حول مقياس خلية الوحدة. ومع ذلك ، فإن المعلومات التي لا تحتوي على مقياس ذري (في الترتيب الذري) ، أي أن الصورة الشبكية ثنائية الأبعاد هي صورة شبكية ثنائية الأبعاد من السيليكون البلوري المفرد كما هو موضح في الشكل 3 (د).

صورة هيكل ثنائي الأبعاد: يتم الحصول على نمط حيود كما هو موضح في الشكل 2 (د). عندما تتم ملاحظة صورة مجهر إلكتروني عالية الدقة مع نمط الحيود هذا ، كلما زادت موجات الانعراج التي تنطوي عليها التصوير ، تكون المعلومات الموجودة في الصورة عالية الدقة أيضًا أكثر. يظهر في الشكل 3 (هـ) صورة هيكلية ثنائية الأبعاد عالية الدقة لأكسيد الموصل الفائق Tl2Ba2CuO6. ومع ذلك ، من غير المحتمل أن يشارك حيود جانب الطول الموجي العالي مع حد دقة أعلى للمجهر الإلكتروني في تصوير معلومات البنية الصحيحة ، ويصبح الخلفية. لذلك ، ضمن النطاق الذي يسمح به القرار. من خلال التصوير بأكبر عدد ممكن من الموجات المنعرجة ، من الممكن الحصول على صورة تحتوي على المعلومات الصحيحة لترتيب الذرات داخل خلية الوحدة. لا يمكن ملاحظة الصورة الهيكلية إلا في منطقة رقيقة متحمسة من خلال العلاقة النسبية بين الموجة المشاركة في التصوير وسمك العينة.

صورة خاصة: في نمط الحيود في المستوى البؤري الخلفي ، فإن إدخال الفتحة يحدد فقط التصوير الموجي المحدد ليكون قادرًا على مراقبة صورة تباين المعلومات الهيكلية المحددة. مثال نموذجي على ذلك هو بنية مرتبة مثل. يظهر نموذج حيود الإلكترون المقابل في الشكل 2 (هـ) كنمط حيود الإلكترون للسبائك المرتبة Au، Cd. يعتمد الهيكل المطلوب على بنية مكعبة تتمحور حول الوجه حيث يتم ترتيب ذرات Cd بالترتيب. شكل 2 (هـ) أنماط حيود الإلكترون ضعيفة باستثناء الانعكاسات الشبكية الأساسية للمؤشرات (020) و (008). ترتيب انعكاس الشبكة ، باستخدام العدسة الموضوعية لاستخراج انعكاس الشبكة الأساسية ، باستخدام موجات الإرسال وتصوير انعكاس الشبكة ، فقط ذرات Cd مع نقاط مشرقة أو نقاط مظلمة مثل الدقة العالية كما هو موضح في الشكل 4.

كما هو مبين في الشكل 4 ، تختلف الصورة عالية الدقة الموضحة باختلاف سمك العينة بالقرب من التركيز البؤري المنخفض الاستبانة العالي الأمثل. لذلك ، عندما نحصل على صورة عالية الدقة ، لا يمكننا ببساطة تحديد ماهية الصورة عالية الدقة. يجب علينا أولاً إجراء محاكاة حاسوبية لحساب بنية المادة تحت سماكات مختلفة. صورة عالية الدقة للمادة. تتم مقارنة سلسلة من الصور عالية الدقة المحسوبة بواسطة الكمبيوتر مع الصور عالية الدقة التي حصلت عليها التجربة لتحديد الصور عالية الدقة التي حصلت عليها التجربة. تمت مقارنة صورة المحاكاة الحاسوبية الموضحة في الشكل 5 بالصورة عالية الدقة التي حصلت عليها التجربة.