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.
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.
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.

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).
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).
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.

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.

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