La microscopía electrónica de transmisión de alta resolución (HRTEM o HREM) es el contraste de fase (el contraste de las imágenes de microscopía electrónica de alta resolución se forma por la diferencia de fase entre la onda proyectada sintetizada y la onda difractada, se llama contraste de fase). Microscopía, que da una disposición atómica de la mayoría de los materiales cristalinos.
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.
Actualmente, los microscopios electrónicos de transmisión son generalmente capaces de realizar HRTEM. Estos microscopios electrónicos de transmisión se clasifican en dos tipos: de alta resolución y analíticos. El TEM de alta resolución está equipado con una pieza polar de objetivo de alta resolución y una combinación de diafragma, lo que hace que el ángulo de inclinación de la mesa de muestra sea pequeño, lo que resulta en un coeficiente de aberración esférica objetivo más pequeño; mientras que el TEM analítico requiere una cantidad mayor para varios análisis. El ángulo de inclinación de la etapa de muestra, por lo que la zapata de la lente del objetivo se usa de manera diferente que el tipo de alta resolución, lo que afecta la resolución. En general, un TEM de alta resolución de 200 kev tiene una resolución de 1.9 Å, mientras que un TEM analítico de 200 kev tiene un 2.3 Å. Pero esto no afecta a la imagen analítica de alta resolución de disparo TEM.

As shown in Fig. 1, the optical path diagram of the high-resolution electron microscopy imaging process, when an electron beam with a certain wavelength (λ) is incident on a crystal with a crystal plane spacing d, the Bragg condition (2dsin θ = λ) is satisfied, A diffracted wave is generated at an angle (2θ). This diffracted wave converges on the back focal plane of the objective lens to form a diffraction spot (in an electron microscope, a regular diffraction spot formed on the back focal plane is projected onto the phosphor screen, which is a so-called electron diffraction pattern). When the diffracted wave on the back focal plane continues to move forward, the diffracted wave is synthesized, an enlarged image (electron microscopic image) is formed on the image plane, and two or more large objective lens stops can be inserted on the back focal plane. Wave interference imaging, called high-resolution electron microscopy, is called a high-resolution electron microscopic image (high-resolution microscopic image).
Como se mencionó anteriormente, la imagen microscópica electrónica de alta resolución es una imagen microscópica de contraste de fase formada al pasar el haz transmitido del plano focal de la lente objetivo y los varios haces difractados a través de la pupila objetivo, debido a su coherencia de fase. Debido a la diferencia en el número de haces difractados que participan en las imágenes, se obtienen imágenes de alta resolución de diferentes nombres. Debido a las diferentes condiciones de difracción y el grosor de la muestra, las micrografías electrónicas de alta resolución con información estructural diferente se pueden dividir en cinco categorías: franjas de celosía, imágenes estructurales unidimensionales, imágenes de celosía bidimensionales (imágenes de una sola celda), bidimensionales imagen de estructura (imagen de escala atómica: imagen de estructura de cristal), imagen especial.
Franjas de celosía: si la lente del objetivo selecciona un haz de transmisión en el plano focal posterior y un haz de difracción interfiere entre sí, se obtiene un patrón de franja unidimensional con un cambio periódico en la intensidad (como se muestra en el triángulo negro en Fig. 2 (f)) Esta es la diferencia entre una franja reticular y una imagen reticular y una imagen estructural, que no requiere que el haz de electrones sea exactamente paralelo al plano reticular. En realidad, en la observación de cristalitos, precipitados y similares, las franjas reticulares a menudo se obtienen por interferencia entre una onda de proyección y una onda de difracción. Si se fotografía un patrón de difracción de electrones de una sustancia como los cristalitos, aparecerá un anillo de adoración como se muestra en (a) de la Fig.2.

Imagen de estructura unidimensional: si la muestra tiene una cierta inclinación, de modo que el haz de electrones incide en paralelo a un cierto plano cristalino del cristal, puede satisfacer el patrón de difracción unidimensional que se muestra en la figura 2 (b) ( distribución simétrica con respecto al punto de transmisión (patrón de difracción). En este patrón de difracción, la imagen de alta resolución tomada bajo las condiciones óptimas de enfoque es diferente de la franja reticular, y la imagen de estructura unidimensional contiene la información de la estructura cristalina, es decir, la imagen de estructura unidimensional obtenida, como se muestra en la Fig. 3 (se muestra una imagen estructural unidimensional de alta resolución del óxido superconductor basado en Bi.
Two-dimensional lattice image: If the electron beam is incident parallel to a certain crystal axis, a two-dimensional diffraction pattern can be obtained (two-dimensional symmetric distribution with respect to the central transmission spot, shown in Fig. 2(c)). For such an electron diffraction pattern. In the vicinity of the transmission spot, a diffraction wave reflecting the crystal unit cell appears. In the two-dimensional image generated by the interference between the diffracted wave and the transmitted wave, a two-dimensional lattice image showing the unit cell can be observed, and this image contains information on the unit cell scale. However, information that does not contain an atomic scale (into atomic arrangement), that is, a two-dimensional lattice image is a two-dimensional lattice image of single crystal silicon as shown in Fig. 3(d).
Two-dimensional structure image: a diffraction pattern as shown in Fig. 2(d) is obtained. When a high-resolution electron microscope image is observed with such a diffraction pattern, the more diffraction waves involved in imaging, the information contained in the high-resolution image is also The more. A high-resolution two-dimensional structure image of the Tl2Ba2CuO6 superconducting oxide is shown in Fig. 3(e). However, the diffraction of the high-wavelength side with higher resolution limit of the electron microscope is unlikely to participate in the imaging of the correct structure information, and becomes the background. Therefore, within the range allowed by the resolution. By imaging with as many diffracted waves as possible, it is possible to obtain an image containing the correct information of the arrangement of atoms within the unit cell. The structure image can only be observed in a thin region excited by the proportional relationship between the wave participating in imaging and the thickness of the sample.

Imagen especial: en el patrón de difracción del plano focal posterior, la inserción de la apertura solo selecciona la imagen de onda específica para poder observar la imagen del contraste de la información estructural específica. Un ejemplo típico de esto es una estructura ordenada como. El patrón de difracción de electrones correspondiente se muestra en la Fig. 2 (e) como el patrón de difracción de electrones de la aleación ordenada Au, Cd. La estructura ordenada se basa en una estructura cúbica centrada en la cara en la que los átomos de Cd están dispuestos en orden. La figura 2 (e) los patrones de difracción de electrones son débiles, excepto por las reflexiones básicas de los índices (020) y (008). Reflexión en red ordenada, utilizando la lente del objetivo para extraer la reflexión en red básica, utilizando ondas de transmisión e imágenes de reflexión en red ordenada, solo átomos de Cd con puntos brillantes o puntos oscuros, como alta resolución, como se muestra en la figura 4.

Como se muestra en la Fig. 4, la imagen de alta resolución que se muestra varía con el grosor de la muestra cerca del subenfoque óptimo de alta resolución. Por lo tanto, cuando obtenemos una imagen de alta resolución, no podemos simplemente decir cuál es la imagen de alta resolución. Primero debemos hacer una simulación por computadora para calcular la estructura del material bajo diferentes espesores. Una imagen de alta resolución de la sustancia. Se compara una serie de imágenes de alta resolución calculadas por la computadora con las imágenes de alta resolución obtenidas por el experimento para determinar las imágenes de alta resolución obtenidas por el experimento. La imagen de simulación por computadora que se muestra en la figura 5 se compara con la imagen de alta resolución obtenida por el experimento.

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