6-高分辨电镜-1-2012解说.ppt

High Resolution Electron Microscopy  Coherent Imaging Techniques 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 参考书 讲义 材料评价的高分辨电子显微方法，近藤大辅，1998 D.Shindo, K. Hiraga, High Resolution Microscopy for Materials Science, Springer, 1998,戎永华,分析电子显微学导论，高等教育出版社，2006，7-04-0199042-4 David B. Villiams, Transmission Electron Microscopy: A Text book for Material Science, Plenum Press,1996 高分辨电子显微镜的应用——晶格像 晶界 高分辨电子显微镜的应用——晶格像 孪晶 高分辨电子显微镜的应用——晶格像 纳米金颗粒 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） 附录1——相干成像理论物理基础 晶格条纹像的形成过程 Moiré像: 不同周期和取向的条纹交叠 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 晶格条纹像的形成过程 Moiré像:不同周期和取向的条纹交叠 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 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 高分辨电镜的应用-晶界 无需知道晶体结构时，晶格像可以轻松显示晶界位置，晶粒大小 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 本讲要回答的问题 如何诠释高分辨图像？图像中显示的条纹或者亮暗分布是否就对应原子排列？ 高分辨电镜的衬度原理是什么？ 电镜的像差和操作条件如何影响图像？ 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） 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 空间频率 衍射角度和波长成反比关系 我们定义 光栅的空间频率（d-1） 衍射角度取决于晶面间距/光栅间距 对二维样品，衍射方向和空间频率均为矢量 kxy＝kx＋ky ?kxy ? ?kxy? 阿贝成像原理 Image and exit wave can be decomposed in terms of periodic wavelets of different spatial frequency. Image system transfers each individual spatial frequency components. 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。 阿贝成像原理 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； 衍射波合成的数学处理——傅里叶变换 衍射波合成的数学处理——傅里叶变换 理想透镜成像过程的数学描写 透镜成像过程的数学描写——线性成像系统 样品出射波: 每个子波单独传播，分别受到传递函数的调制 整个图像是所有这些分波叠加的结果 高分辨成像过程描述——小结 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 图像记录的信息 像平面上的电子波函数为复数， 由相位因子和振幅因子共同表达 通常图像记录方法只记录波函数强度，即电子波函数绝对值的平方（Intensity) 由于透镜成像后，相位信息和振幅信息相互纠缠 电子探测器只能探测电子波的能量（振幅），故波的相位