उच्च-रिज़ॉल्यूशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोग्राफ की व्याख्या के बारे में हमलावर आते हैं!

उच्च विभेदन संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (HRTEM या HREM) चरण विपरीत है (उच्च-रिज़ॉल्यूशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी छवियों के विपरीत संश्लेषित प्रक्षेपित तरंग और विवर्तित तरंग के बीच चरण अंतर से बनता है, इसे चरण विपरीत कहा जाता है।) माइक्रोस्कोपी, जो अधिकांश क्रिस्टलीय पदार्थों की परमाणु व्यवस्था देता है।

उच्च-रिज़ॉल्यूशन ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी 1950 के दशक में शुरू हुआ। 1956 में, JWMenter ने 8 ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के रिज़ॉल्यूशन के साथ सीधे 12 कॉपर फ़ेथलोसायनिन के समानांतर स्ट्रिप्स का अवलोकन किया, और उच्च-रिज़ॉल्यूशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी को खोला। सर्जरी का द्वार। 1970 के दशक की शुरुआत में, 1971 में, Iijima Chengman ने Ti2Nb10O29 की चरण विपरीत छवि को कैप्चर करने के लिए 3.5 के रिज़ॉल्यूशन के साथ एक TEM का उपयोग किया, और घटना इलेक्ट्रॉन बीम के साथ परमाणु समूह के प्रक्षेपण को सीधे देखा। साथ ही, उच्च संकल्प छवि इमेजिंग सिद्धांत और विश्लेषण प्रौद्योगिकी पर अनुसंधान ने भी महत्वपूर्ण प्रगति की है। 1970 और 1980 के दशक में, इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप तकनीक में लगातार सुधार किया गया था, और संकल्प में बहुत सुधार हुआ था। आम तौर पर, बड़े टीईएम 1.44 के क्रिस्टल रिज़ॉल्यूशन और 2 से 3 के डॉट रिज़ॉल्यूशन की गारंटी देने में सक्षम रहे हैं। एचआरटीईएम न केवल इंटरप्लानर रिक्ति को दर्शाती जाली फ्रिंज छवि का निरीक्षण कर सकता है, बल्कि प्रतिक्रिया क्रिस्टल संरचना में परमाणु या समूह व्यवस्था की संरचनात्मक छवि का भी निरीक्षण कर सकता है। हाल ही में, संयुक्त राज्य अमेरिका में कॉर्नेल विश्वविद्यालय में प्रोफेसर डेविड ए। मुलर की टीम ने कम इलेक्ट्रॉन बीम ऊर्जा इमेजिंग स्थितियों के तहत 0.39 के स्थानिक रिज़ॉल्यूशन को प्राप्त करने के लिए लैमिनेटेड इमेजिंग तकनीक और एक स्वतंत्र रूप से विकसित इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप पिक्सेल सरणी डिटेक्टर का उपयोग किया।

वर्तमान में, ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप आमतौर पर एचआरटीईएम प्रदर्शन करने में सक्षम हैं। इन संचरण इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी को दो प्रकारों में वर्गीकृत किया जाता है: उच्च संकल्प और विश्लेषणात्मक। उच्च-रिज़ॉल्यूशन टीईएम एक उच्च-रिज़ॉल्यूशन उद्देश्य ध्रुव टुकड़ा और एक डायाफ्राम संयोजन से लैस है, जो नमूना तालिका झुकाव कोण को छोटा बनाता है, जिसके परिणामस्वरूप एक छोटा उद्देश्य गोलाकार विचलन गुणांक होता है; जबकि विश्लेषणात्मक टीईएम को विभिन्न विश्लेषणों के लिए बड़ी राशि की आवश्यकता होती है। नमूना चरण का झुकाव कोण, इसलिए उद्देश्य लेंस पोल जूता उच्च रिज़ॉल्यूशन प्रकार से अलग उपयोग किया जाता है, इस प्रकार संकल्प को प्रभावित करता है। सामान्य तौर पर, 200 केवी उच्च रिज़ॉल्यूशन वाले टीईएम में 1.9 का एक संकल्प होता है, जबकि 200 केवी विश्लेषणात्मक टीईएम में 2.3 होता है। लेकिन यह विश्लेषणात्मक TEM शूटिंग उच्च रिज़ॉल्यूशन छवि को प्रभावित नहीं करता है।

जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है, उच्च-रिज़ॉल्यूशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी इमेजिंग प्रक्रिया का ऑप्टिकल पथ आरेख, जब एक निश्चित तरंग दैर्ध्य (λ) के साथ एक इलेक्ट्रॉन बीम एक क्रिस्टल पर एक क्रिस्टल प्लेन स्पेसिंग d के साथ घटना होती है, ब्रैग स्थिति (2dsin ) = ) संतुष्ट है, कोण (2θ) पर एक विवर्तित तरंग उत्पन्न होती है। यह विवर्तित तरंग एक विवर्तन स्थान बनाने के लिए वस्तुनिष्ठ लेंस के पीछे के फोकल तल पर अभिसरण करती है (एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप में, पीछे के फोकल विमान पर बने एक नियमित विवर्तन स्थान को फॉस्फोर स्क्रीन पर प्रक्षेपित किया जाता है, जो एक तथाकथित इलेक्ट्रॉन विवर्तन पैटर्न है। ) जब बैक फोकल प्लेन पर विवर्तित तरंग आगे बढ़ना जारी रखती है, तो विवर्तित तरंग संश्लेषित होती है, इमेज प्लेन पर एक बढ़ी हुई छवि (इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपिक इमेज) बनती है, और दो या अधिक बड़े ऑब्जेक्टिव लेंस पुतलियों को बैक फोकल पर डाला जा सकता है। विमान। तरंग हस्तक्षेप इमेजिंग, जिसे उच्च-रिज़ॉल्यूशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी कहा जाता है, को उच्च-रिज़ॉल्यूशन इलेक्ट्रॉन सूक्ष्म छवि (उच्च-रिज़ॉल्यूशन सूक्ष्म छवि) कहा जाता है।

जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, उच्च-रिज़ॉल्यूशन इलेक्ट्रॉन सूक्ष्म छवि एक चरण विपरीत सूक्ष्म छवि है जो उद्देश्य लेंस के फोकल विमान के संचरित बीम और उद्देश्य छात्र के माध्यम से कई विचलित बीमों को उनके चरण सुसंगतता के कारण पारित करके बनाई गई है। इमेजिंग में भाग लेने वाले विवर्तित बीमों की संख्या में अंतर के कारण, विभिन्न नामों की उच्च रिज़ॉल्यूशन वाली छवियां प्राप्त की जाती हैं। विभिन्न विवर्तन स्थितियों और नमूना मोटाई के कारण, विभिन्न संरचनात्मक जानकारी वाले उच्च-रिज़ॉल्यूशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोग्राफ को पांच श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: जाली के किनारे, एक-आयामी संरचनात्मक छवियां, दो-आयामी जाली छवियां (एकल-कोशिका छवियां), द्वि-आयामी संरचना छवि (परमाणु पैमाने की छवि: क्रिस्टल संरचना छवि), विशेष छवि।

जालीदार फ्रिंजें: यदि पीछे के फोकल विमान पर एक ट्रांसमिशन बीम को ऑब्जेक्टिव लेंस द्वारा चुना जाता है, और एक विवर्तन बीम एक दूसरे के साथ हस्तक्षेप करता है, तो तीव्रता में आवधिक परिवर्तन के साथ एक-आयामी फ्रिंज पैटर्न प्राप्त होता है (जैसा कि काले त्रिकोण द्वारा दिखाया गया है अंजीर। 2 (एफ)) यह एक जाली फ्रिंज और एक जाली छवि और एक संरचनात्मक छवि के बीच का अंतर है, जिसके लिए इलेक्ट्रॉन बीम को जाली विमान के बिल्कुल समानांतर होने की आवश्यकता नहीं होती है। दरअसल, क्रिस्टलीय, अवक्षेप और इसी तरह के अवलोकन में, जाली के किनारे अक्सर प्रक्षेपण तरंग और विवर्तन तरंग के बीच के हस्तक्षेप से प्राप्त होते हैं। यदि क्रिस्टलीय जैसे पदार्थ के इलेक्ट्रॉन विवर्तन पैटर्न का फोटो खींचा जाता है, तो पूजा की अंगूठी दिखाई देगी जैसा कि चित्र 2 के (ए) में दिखाया गया है।

एक-आयामी संरचना छवि: यदि नमूने में एक निश्चित झुकाव है, ताकि इलेक्ट्रॉन बीम क्रिस्टल के एक निश्चित क्रिस्टल विमान के समानांतर घटना हो, तो यह चित्र 2 (बी) में दिखाए गए एक-आयामी विवर्तन विवर्तन पैटर्न को संतुष्ट कर सकता है ( ट्रांसमिशन स्पॉट के संबंध में सममित वितरण) विवर्तन पैटर्न)। इस विवर्तन पैटर्न में, इष्टतम फोकस स्थिति के तहत ली गई उच्च रिज़ॉल्यूशन की छवि जाली फ्रिंज से अलग होती है, और एक-आयामी संरचना छवि में क्रिस्टल संरचना की जानकारी होती है, अर्थात प्राप्त एक-आयामी संरचना छवि, जैसा कि दिखाया गया है अंजीर में। 3 (द्वि-आधारित सुपरकंडक्टिंग ऑक्साइड की एक उच्च रिज़ॉल्यूशन एक-आयामी संरचनात्मक छवि दिखाई गई है।

द्वि-आयामी जाली छवि: यदि इलेक्ट्रॉन बीम एक निश्चित क्रिस्टल रिबन अक्ष के समानांतर घटना है, तो एक द्वि-आयामी विवर्तन पैटर्न प्राप्त किया जा सकता है (केंद्रीय संचरण स्थान के संबंध में द्वि-आयामी सममित वितरण, चित्र 2 (सी में दिखाया गया है) ))। ऐसे इलेक्ट्रॉन विवर्तन पैटर्न के लिए। ट्रांसमिशन स्पॉट के आसपास, क्रिस्टल यूनिट सेल को परावर्तित करने वाली एक विवर्तन तरंग दिखाई देती है। विवर्तित तरंग और संचरित तरंग के बीच के हस्तक्षेप से उत्पन्न द्वि-आयामी छवि में, इकाई सेल को दर्शाने वाली एक द्वि-आयामी जाली छवि देखी जा सकती है, और इस छवि में यूनिट सेल स्केल पर जानकारी होती है। हालाँकि, ऐसी जानकारी जिसमें परमाणु पैमाने (परमाणु व्यवस्था में) शामिल नहीं है, अर्थात, एक द्वि-आयामी जाली छवि एकल क्रिस्टल सिलिकॉन की एक द्वि-आयामी जाली छवि है जैसा कि चित्र 3 (डी) में दिखाया गया है।

द्वि-आयामी संरचना छवि: चित्र 2 (डी) में दिखाए गए अनुसार एक विवर्तन पैटर्न प्राप्त होता है। जब इस तरह के विवर्तन पैटर्न के साथ एक उच्च-रिज़ॉल्यूशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप छवि देखी जाती है, तो इमेजिंग में जितनी अधिक विवर्तन तरंगें शामिल होती हैं, उच्च-रिज़ॉल्यूशन छवि में निहित जानकारी भी उतनी ही अधिक होती है। Tl2Ba2CuO6 सुपरकंडक्टिंग ऑक्साइड की एक उच्च-रिज़ॉल्यूशन द्वि-आयामी संरचना छवि चित्र 3 (ई) में दिखाई गई है। हालांकि, इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप की उच्च रिज़ॉल्यूशन सीमा के साथ उच्च-तरंग दैर्ध्य पक्ष का विवर्तन सही संरचना जानकारी की इमेजिंग में भाग लेने की संभावना नहीं है, और पृष्ठभूमि बन जाता है। इसलिए, संकल्प द्वारा अनुमत सीमा के भीतर। जितनी संभव हो उतनी विवर्तित तरंगों के साथ इमेजिंग करके, एक छवि प्राप्त करना संभव है जिसमें यूनिट सेल के भीतर परमाणुओं की व्यवस्था की सही जानकारी हो। संरचना छवि केवल एक पतले क्षेत्र में देखी जा सकती है जो इमेजिंग में भाग लेने वाली लहर और नमूने की मोटाई के बीच आनुपातिक संबंध से उत्साहित है।

विशेष छवि: बैक फोकल प्लेन के विवर्तन पैटर्न पर, एपर्चर का सम्मिलन केवल विशिष्ट तरंग इमेजिंग का चयन करता है ताकि विशिष्ट संरचनात्मक जानकारी के विपरीत की छवि का निरीक्षण कर सके। इसका एक विशिष्ट उदाहरण एक क्रमबद्ध संरचना है। संबंधित इलेक्ट्रॉन विवर्तन पैटर्न को चित्र 2(e) में Au, Cd आदेशित मिश्र धातु के इलेक्ट्रॉन विवर्तन पैटर्न के रूप में दिखाया गया है। क्रमबद्ध संरचना एक फलक-केंद्रित घन संरचना पर आधारित होती है जिसमें Cd परमाणुओं को क्रम में व्यवस्थित किया जाता है। चित्र 2(e) सूचकांकों (020) और (008) के मूल जाली प्रतिबिंबों को छोड़कर इलेक्ट्रॉन विवर्तन पैटर्न कमजोर हैं। जाली परावर्तन का आदेश दिया, मूल जाली प्रतिबिंब को निकालने के लिए उद्देश्य लेंस का उपयोग करते हुए, संचरण तरंगों का उपयोग करके और जाली प्रतिबिंब इमेजिंग का आदेश दिया, केवल सीडी परमाणु उज्ज्वल बिंदुओं या अंधेरे बिंदुओं जैसे उच्च रिज़ॉल्यूशन जैसे चित्र 4 में दिखाए गए हैं।

जैसा कि चित्र 4 में दिखाया गया है, दिखाया गया उच्च रिज़ॉल्यूशन छवि इष्टतम उच्च रिज़ॉल्यूशन अंडरफोकस के पास नमूने की मोटाई के साथ बदलता रहता है। इसलिए, जब हमें एक उच्च-रिज़ॉल्यूशन छवि मिलती है, तो हम केवल यह नहीं कह सकते कि उच्च-रिज़ॉल्यूशन छवि क्या है। विभिन्न मोटाई के तहत सामग्री की संरचना की गणना करने के लिए हमें पहले कंप्यूटर सिमुलेशन करना होगा। पदार्थ की एक उच्च संकल्प छवि। कंप्यूटर द्वारा गणना की गई उच्च-रिज़ॉल्यूशन छवियों की एक श्रृंखला की तुलना प्रयोग द्वारा प्राप्त उच्च-रिज़ॉल्यूशन छवियों को निर्धारित करने के लिए प्रयोग द्वारा प्राप्त उच्च-रिज़ॉल्यूशन छवियों से की जाती है। चित्र 5 में दिखाई गई कंप्यूटर सिमुलेशन छवि की तुलना प्रयोग द्वारा प्राप्त उच्च रिज़ॉल्यूशन की छवि से की जाती है।

यह लेख सामग्री व्यक्ति स्तंभ प्रौद्योगिकी सलाहकार द्वारा आयोजित किया गया है।