고해상도 투과 전자 현미경 (HRTEM 또는 HREM)은 위상차입니다 (고해상도 전자 현미경 이미지의 대비는 합성 된 투영 파와 회절 파의 위상차에 의해 형성됩니다. 위상차라고합니다). 대부분의 결정질 물질의 원자 배열을 제공합니다.
고해상도 투과 전자 현미경은 1950 년대에 시작되었습니다. 1956 년, JWMenter는 8 Å 투과 전자 현미경의 해상도로 12 Å 구리 프탈로시아닌의 평행 스트립을 직접 관찰하고 고해상도 전자 현미경을 열었습니다. 수술의 문. 1970 년대 초, 1971 년에 Iijima Chengman은 Ti2Nb10O29의 위상차 이미지를 캡처하기 위해 3.5Å 해상도의 TEM을 사용했으며 입사 전자 빔을 따라 원자 그룹의 투영을 직접 관찰했습니다. 동시에 고해상도 이미지 이미징 이론 및 분석 기술에 대한 연구도 중요한 진전을 이루었습니다. 1970 년대와 1980 년대에는 전자 현미경 기술이 지속적으로 개선되었으며 해상도가 크게 향상되었습니다. 일반적으로 대형 TEM은 1.44Å의 결정 해상도와 2 ~ 3Å의 도트 해상도를 보장 할 수있었습니다. HRTEM은 면간 간격을 반영하는 격자 프린지 이미지를 관찰 할 수있을뿐만 아니라 반응 결정 구조에서 원자 또는 그룹 배열의 구조 이미지를 관찰 할 수있다. 최근 미국 코넬 대학의 데이비드 뮬러 (David A. Muller) 교수 팀은 라미네이트 이미징 기술과 독립적으로 개발 된 전자 현미경 픽셀 어레이 검출기를 사용하여 낮은 전자 빔 에너지 이미징 조건에서 0.39Å의 공간 분해능을 달성했습니다.
현재, 투과 전자 현미경은 일반적으로 HRTEM을 수행 할 수있다. 이 투과 전자 현미경은 고해상도와 분석의 두 가지 유형으로 분류됩니다. 고분해능 TEM에는 고분해능 대물 극 조각과 다이어프램 조합이 장착되어있어 샘플 테이블 경사각을 작게하여 대물 구면 수차 계수가 작습니다. 분석 TEM은 다양한 분석에 더 많은 양이 필요합니다. 샘플 스테이지의 기울기 각도로 인해 대물 렌즈 폴 슈가 고해상도 유형과 다르게 사용되므로 해상도에 영향을줍니다. 일반적으로 200 kev 고해상도 TEM의 해상도는 1.9 Å 인 반면 200 kev 분석 TEM은 2.3 Å입니다. 그러나 이것은 고해상도 TEM 촬영 분석 이미지에는 영향을 미치지 않습니다.

도 1에 도시 된 바와 같이, 고해상도 전자 현미경 이미징 프로세스의 광 경로 다이어그램은 특정 파장 (λ)을 갖는 전자 빔이 결정 평면 간격 d를 갖는 결정에 입사 될 때 브래그 조건 (2dsinθ) = λ)가 만족되면, 회절 파는 각도 (2θ)에서 생성된다. 이 회절 파는 대물 렌즈의 배면 초점면에 수렴하여 회절 점을 형성한다 (전자 현미경에서는 배면면 상에 형성된 규칙적인 회절 점이 형광체 스크린에 투사되는데, 이는 소위 전자 회절 패턴이다) ). 후방 초점면상의 회절 파가 계속 전방으로 이동하면, 회절 파가 합성되고, 화상면 상에 확대 된 이미지 (전자 현미경 이미지)가 형성되고, 2 개 이상의 큰 대물 렌즈 동공이 후방 초점 상에 삽입 될 수있다 비행기. 고분해능 전자 현미경이라고 불리는 파동 간섭 이미징을 고분해능 전자 현미경 이미지 (고해상도 현미경 이미지)라고합니다.
위에서 언급 한 바와 같이, 고해상도 전자 현미경 이미지는 위상 일관성으로 인해 대물 렌즈의 초점면의 투과 된 빔 및 여러 회절 빔을 대물 동공을 통해 통과시킴으로써 형성된 위상차 현미경 이미지이다. 이미징에 참여하는 회절 빔의 수의 차이로 인해, 상이한 이름의 고해상도 이미지가 획득된다. 회절 조건과 샘플 두께가 다르기 때문에 구조 정보가 다른 고해상도 전자 현미경 사진을 격자 프린지, 1 차원 구조 이미지, 2 차원 격자 이미지 (단일 셀 이미지), 2 차원의 5 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 구조 이미지 (원자 스케일 이미지 : 결정 구조 이미지), 특수 이미지.
격자 변두리 : 대물 렌즈로 후면 초점면의 투과 광선을 선택하고 회절 광선이 서로 간섭하는 경우주기적인 강도 변화가있는 1 차원 프린지 패턴을 얻습니다 (검은 색 삼각형으로 표시됨). 그림 2 (f) 이것은 격자 프린지와 격자 이미지와 구조 이미지 사이의 차이로, 전자 빔이 격자 평면에 정확히 평행 할 필요는 없다. 실제로, 결정자, 석출물 등을 관찰 할 때, 격자 줄무늬는 종종 투영 파와 회절 파 사이의 간섭에 의해 얻어진다. 결정과 같은 물질의 전자 회절 패턴을 촬영하면 그림 2의 (a)와 같이 숭배 고리가 나타납니다.

1 차원 구조 이미지 : 샘플이 특정 기울기를 가지고, 전자빔이 결정의 특정 결정 평면에 평행하게 입사되면,도 2 (b)에 도시 된 1 차원 회절 회절 패턴을 만족시킬 수있다 ( 투과 점에 대한 대칭 분포) 회절 패턴). 이 회절 패턴에서, 최적의 초점 조건 하에서 촬영 된 고해상도 이미지는 격자 프린지와 상이하며, 1 차원 구조 이미지는 도시 된 바와 같이 결정 구조, 즉 얻어진 1 차원 구조 이미지의 정보를 포함한다. 도 3 (Bi- 기반 초전도 산화물의 고해상도 1 차원 구조 이미지).
2 차원 격자 이미지 : 전자빔이 특정 결정 리본 축에 평행하게 입사되면, 2 차원 회절 패턴을 얻을 수있다 (도 2 (c)에 도시 된 중앙 투과 점에 대한 2 차원 대칭 분포). )). 이러한 전자 회절 패턴의 경우. 투과 점 부근에서, 결정 단위 셀을 반사하는 회절 파가 나타난다. 회절 파와 투과 파의 간섭에 의해 생성 된 2 차원 이미지에서, 단위 셀을 나타내는 2 차원 격자 이미지가 관찰 될 수 있고,이 이미지는 단위 셀 스케일에 대한 정보를 포함한다. 그러나, 원자 규모 (원자 배열로)를 포함하지 않는 정보, 즉 2 차원 격자 이미지는도 3 (d)에 도시 된 바와 같이 단결정 실리콘의 2 차원 격자 이미지이다.
2 차원 구조 이미지 :도 2 (d)에 도시 된 바와 같은 회절 패턴이 얻어진다. 이와 같은 회절 패턴으로 고해상도 전자 현미경 화상을 관찰하면, 촬상에 관련된 회절 파가 많을수록, 고해상도 화상에 포함되는 정보도 많아진다. Tl2Ba2CuO6 초전도 산화물의 고해상도 2 차원 구조 이미지가도 3 (e)에 도시되어있다. 그러나, 전자 현미경의 고분해능 한계를 갖는 고파 측의 회절은 정확한 구조 정보의 촬상에 참여하기 어렵고, 배경이된다. 따라서 해상도가 허용하는 범위 내에서. 가능한 많은 회절 파로 이미징함으로써, 단위 셀 내의 원자 배열의 정확한 정보를 포함하는 이미지를 얻을 수있다. 구조 이미지는 이미징에 참여하는 파와 샘플의 두께 사이의 비례 관계에 의해 여기 된 얇은 영역에서만 관찰 될 수 있습니다.

특수 이미지 : 후면 초점면의 회절 패턴에서 조리개를 삽입하면 특정 구조 정보의 대비 이미지를 관찰 할 수있는 특정 파 영상 만 선택됩니다. 그것의 전형적인 예는 같은 구조입니다. 상응하는 전자 회절 패턴은 Au, Cd 순서 합금의 전자 회절 패턴으로서도 2 (e)에 도시되어있다. 정렬 된 구조는 Cd 원자가 순서대로 배열 된면 중심 입방 구조를 기반으로한다. 도 2 (e) 전자 회절 패턴은 지수 (020) 및 (008)의 기본 격자 반사를 제외하고는 약하다. 정렬 된 격자 반사, 대물 렌즈를 사용하여 기본 격자 반사를 추출하고, 투과 파 및 정렬 된 격자 반사 이미징을 사용하여,도 4에 도시 된 바와 같이 높은 해상도와 같은 밝은 점 또는 어두운 점을 갖는 Cd 원자 만.

도 4에 도시 된 바와 같이, 도시 된 고해상도 이미지는 최적의 고해상도 언더 포커스 근처에서 샘플의 두께에 따라 변한다. 따라서 고해상도 이미지를 얻을 때 고해상도 이미지를 간단히 말할 수는 없습니다. 먼저 서로 다른 두께로 재료의 구조를 계산하기 위해 컴퓨터 시뮬레이션을 수행해야합니다. 물질의 고해상도 이미지. 컴퓨터에 의해 계산 된 일련의 고해상도 이미지는 실험에 의해 얻어진 고해상도 이미지를 결정하기 위해 실험에 의해 얻어진 고해상도 이미지와 비교된다. 도 5에 도시 된 컴퓨터 시뮬레이션 이미지는 실험에 의해 얻어진 고해상도 이미지와 비교된다.
이 기사는 자재 개인 컬럼 기술 컨설턴트가 구성합니다.

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