Raiders về giải thích các vi sóng điện tử độ phân giải cao đến!

Kính hiển vi điện tử truyền qua có độ phân giải cao (HRTEM hoặc HREM) là độ tương phản pha (độ tương phản của hình ảnh kính hiển vi điện tử có độ phân giải cao được hình thành bởi sự lệch pha giữa sóng chiếu tổng hợp và sóng nhiễu xạ, Nó được gọi là kính tương phản pha. đưa ra một sự sắp xếp nguyên tử của hầu hết các vật liệu tinh thể.

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 atom or group arrangement 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.

Hiện nay, kính hiển vi điện tử truyền qua thường có khả năng thực hiện HRTEM. Các kính hiển vi điện tử truyền qua được phân thành hai loại: độ phân giải cao và phân tích. TEM độ phân giải cao được trang bị một mảnh cực mục tiêu có độ phân giải cao và kết hợp màng ngăn, làm cho góc nghiêng của bảng mẫu nhỏ, dẫn đến hệ số quang sai hình cầu mục tiêu nhỏ hơn; trong khi TEM phân tích đòi hỏi một lượng lớn hơn cho các phân tích khác nhau. Góc nghiêng của giai đoạn mẫu, do đó, cực của ống kính vật kính được sử dụng khác với loại có độ phân giải cao, do đó ảnh hưởng đến độ phân giải. Nhìn chung, TEM độ phân giải cao 200 kev có độ phân giải 1,9, trong khi TEM phân tích 200 kev có 2,3. Nhưng điều này không ảnh hưởng đến hình ảnh phân tích TEM chụp ảnh độ phân giải cao.

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 pupils 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).

Như đã đề cập ở trên, hình ảnh kính hiển vi điện tử có độ phân giải cao là hình ảnh hiển vi tương phản pha được hình thành bằng cách truyền chùm tia truyền qua của mặt phẳng tiêu cự của thấu kính vật kính và một số chùm tia nhiễu xạ qua con ngươi mục tiêu, do sự kết hợp pha của chúng. Do sự khác biệt về số lượng chùm tia nhiễu xạ tham gia vào hình ảnh, hình ảnh có độ phân giải cao của các tên khác nhau được thu được. Do các điều kiện nhiễu xạ và độ dày mẫu khác nhau, các vi sóng điện tử có độ phân giải cao với thông tin cấu trúc khác nhau có thể được chia thành năm loại: rìa lưới, hình ảnh cấu trúc một chiều, hình ảnh mạng hai chiều (hình ảnh một ô), hai chiều hình ảnh cấu trúc (hình ảnh tỷ lệ nguyên tử: hình ảnh cấu trúc tinh thể), hình ảnh đặc biệt.

Rìa lưới: Nếu một chùm truyền trên mặt phẳng tiêu cự phía sau được chọn bởi thấu kính vật kính và một chùm nhiễu xạ giao thoa với nhau, sẽ có một mẫu rìa một chiều với cường độ thay đổi định kỳ (như được hiển thị bởi tam giác đen trong Hình 2 (f)) Đây là sự khác biệt giữa rìa mạng và hình ảnh mạng tinh thể và hình ảnh cấu trúc, không yêu cầu chùm electron phải song song chính xác với mặt phẳng mạng. Trên thực tế, trong quan sát các tinh thể, kết tủa và tương tự, các rìa mạng thường thu được bằng cách giao thoa giữa sóng chiếu và sóng nhiễu xạ. Nếu một mẫu nhiễu xạ electron của một chất như tinh thể được chụp ảnh, một vòng thờ phượng sẽ xuất hiện như thể hiện trong (a) của Hình 2.

Hình ảnh cấu trúc một chiều: Nếu mẫu có độ nghiêng nhất định, do đó chùm tia điện tử song song với mặt phẳng tinh thể nhất định của tinh thể, nó có thể thỏa mãn mô hình nhiễu xạ nhiễu xạ một chiều như trong Hình 2 (b) ( phân bố đối xứng đối với điểm truyền) Mô hình nhiễu xạ). Trong mẫu nhiễu xạ này, hình ảnh có độ phân giải cao được chụp trong điều kiện lấy nét tối ưu khác với rìa mạng và hình ảnh cấu trúc một chiều chứa thông tin của cấu trúc tinh thể, nghĩa là hình ảnh cấu trúc một chiều thu được, như được hiển thị trong hình 3 (hình ảnh cấu trúc một chiều có độ phân giải cao của oxit siêu dẫn dựa trên Bi được hiển thị.

Two-dimensional lattice image: If the electron beam is incident parallel to a certain crystal ribbon 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.

Hình ảnh đặc biệt: Trên mẫu nhiễu xạ của mặt phẳng tiêu cự phía sau, việc chèn khẩu độ chỉ chọn hình ảnh sóng cụ thể để có thể quan sát hình ảnh tương phản của thông tin cấu trúc cụ thể. Một ví dụ điển hình của nó là một cấu trúc có trật tự như thế nào. Mẫu nhiễu xạ electron tương ứng được hiển thị trong Hình 2 (e) là mẫu nhiễu xạ electron của hợp kim theo thứ tự Au, Cd. Cấu trúc được sắp xếp dựa trên cấu trúc lập phương tập trung vào mặt, trong đó các nguyên tử Cd được sắp xếp theo thứ tự. Hình 2 (e) mẫu nhiễu xạ electron là yếu ngoại trừ các phản xạ mạng cơ bản của các chỉ số (020) và (008). Phản xạ mạng tinh thể, sử dụng thấu kính vật kính để trích xuất phản xạ mạng cơ bản, sử dụng sóng truyền và hình ảnh phản xạ mạng tinh thể, chỉ các nguyên tử Cd có điểm sáng hoặc điểm tối như độ phân giải cao như trong Hình 4.

Như thể hiện trong Hình 4, hình ảnh có độ phân giải cao thay đổi theo độ dày của mẫu gần tiêu cự dưới độ phân giải cao tối ưu. Do đó, khi chúng ta có được một hình ảnh có độ phân giải cao, chúng ta không thể đơn giản nói rằng hình ảnh có độ phân giải cao là gì. Đầu tiên chúng ta phải thực hiện một mô phỏng trên máy tính để tính toán cấu trúc của vật liệu dưới các độ dày khác nhau. Hình ảnh chất lượng có độ phân giải cao. Một loạt các hình ảnh có độ phân giải cao do máy tính tính toán được so sánh với các hình ảnh có độ phân giải cao do thí nghiệm thu được để xác định các ảnh có độ phân giải cao do thí nghiệm thu được. Hình ảnh mô phỏng máy tính trong Hình 5 được so sánh với hình ảnh có độ phân giải cao thu được từ thí nghiệm.

This article is organized by the material person column technology consultant.