高分辨电镜ppt课件.ppt

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1、HighResolutionElectronMicroscopyCoherentImagingTechniques高分辨电子显微镜相干电子显微原理王剑华昆明理工大学材料学院昆明理工大学材料学院王剑华2012.11高分辨电子显微学高分辨电子显微镜的应用——晶格像晶界晶格条纹像的形成过程当只有透射束和一个强衍射束参加成像时，两电子束干涉得到条纹像JiannaW2007.05I0’I0高分辨电镜的一维晶格像Bi-Sr-Ca-Cu-O，结合衍射图可知参与衍射的晶面晶格条纹像的形成过程当有透射束和两个以上强衍射束参加成像时，多个电子束干涉得到晶格像I0

2、’I0高分辨电镜的应用-相界晶格像可以轻松显示相界位置，结晶状态未结晶的区域没有晶格像高分辨电镜的成像过程样品对入射电子波的调制，导致样品出射波函数中携带了样品原子排列信息（本部分在电子衍射物理中讨论）样品出射波经过物镜系统传递到像平面上，得到高分辨电子显微像（即样品出射波函数经过传递函数处理后得到像函数）后焦面样品像平面电子源入射电子波物镜样品出射波函数阿贝成像原理1）样品出射波可以分解为不同空间频率的子波，各个子波在成像系统中独立传播。2）图像由透镜调制后的各个子波合成得到3）图像质量取决于收集到的子波数目和透镜对各子波传递质量由于高角度

3、散射穿过电磁透镜时存在很大相差，因此我们希望收集低角度子波。但是：如果只收集低角度的电子束成像必然造成样品信息丢失高角度（高频率）上的电子衍射束影响着图像的质量；后焦面成像面物平面O1O2O3I3I2I1GO-G成像系统中的信息传递过程成像过程就是传递函数对样品出射波的调制高频通道低频通道高频通道物平面上的样品射出波像平面上的物波输入输出不同的散射角被定义成空间频率理想系统的物与像成比例，即样品出射波与图像波函数为T（k）＝1FTInverseFT样品像记录衍射波合成的数学处理——傅里叶变换任意形式的周期函数可以用一系列正旋和余旋函数展开衍射

4、波合成的数学处理——傅里叶变换若定义求和变成了对k的积分，A由分离变量An变成连续变量A(k)＝F(k),我们得到了任意函数的傅氏变换和反傅氏变换F(X)和f’(x)常被称为傅氏转换对函数傅氏变化的物理意义是，eikx是波失为k的简谐波，f(k)为其在波函数F(x)展开中的权重，也是波的振幅。理想透镜成像过程的数学描写：傅里叶变换样品出射波:第一次傅里叶变换，样品出射波分解得到衍射束透镜作用：将衍射电子束会聚在透镜后焦面后焦面成像面物平面O1O2O3I3I2I1GO-G透镜成像过程的数学描写——线性成像系统每个子波单独传播，分别受到传递函数的

5、调制第二次反傅里叶变换，衍射束子波合成得到图像整个图像是所有这些分波叠加的结果线性函数线性成像系统高分辨成像过程描述——小结样品射出波包含样品信息对电子波的调制成像的目的是在观察面上尽量复原样品的信息波在成像系统中的传播是样品信息传递的过程，成像系统可以用信息传递函数描写理想传递系统的物与像成比例，即样品出射波与图像波函数为T(K)＝1，实际成像系统图像将发生非比例变化电镜成像可以用阿贝成像原理描述图像射出波可以分解为不同空间频率的子波。各个子波在成像系统中独立传播。图像质量取决于收集到的子波数量，以及透镜对各子波传递质量传递函数——操作条

6、件对成像的影响综合各影响部分的传递函数表达式：传递函数是复变函数每个子波的相位都被改变，产生附加位相角k为波的空间频率矢量△f离焦量Cs球差系数α发散角D色差的高斯分布标准差J1表示Bessel函数传递函数T(K)的函数图像及特点由于Cs和f等因素变化，T(k)是振荡函数，意味着散射到不同角度的电子束将会有不同的相位变化，导致最终图像上的明暗随散射角度改变传递函数分析——离焦1.离焦:defocus△f不同离焦量Δf下，传递函数图像改变最佳欠焦条件在较宽的空间频范围内有同样符号的Sin数值，且变化平稳f=0nmf=-60nmf=60n

7、mf=-120nm200keV电子,Cs=1mmSin函数Kxy(nm-1)传递函数分析——离焦最佳欠焦条件也称为Scherzer成像条件，可以获得最大图像衬度，计算公式为实例：Si[110]方向模拟条件：200kV,Cs=0.7,样品厚度50nm不同离焦量△f=50nm,98nm,130nm时得到图像如下传递函数分析——离焦离焦量对实际拍摄图像的影响Si[0-11]离焦量20nm到-90nm间隔10nm传递函数分析——离焦离焦的作用等同于对不同空间频率分波附加一个相位因子观察图中的等相位面的变化可以看出：附加相位大小正比于散射角传递函数

8、分析——物镜球差2、球差电磁透镜中存在正球差，不可消除目前的电镜球差系数为：Cs=1.0mm降低物镜的球差，可提高参与成像的空间频率，从而提高图像分辨率Cs=3mm