Двумерное изображение с высоким разрешением (ВРПЭМ) кристаллической решетки является классическим примером фазового контраста. На рис.4 приведено ВРПЭМ изображение Si (а) с проекцией Si-структуры (б) и очертанием использованной апертуры (в).
Рис.4
На Рис.1 (а) видны очертания, напоминающие гантелеобразные связи между атомами кремния, расположенных в проекции на расстоянии в 0.14нм друг от друга. В использованной апертуре было 13 рефлексов (в). На изображении расстояние в «гантели» соответствует 1.3 нм и таким образом, получается, что расстояние в «гантели» соответствовало плоскостям (004), которые, однако, не участвовали в формировании изображения. Проблема заключается еще и в том, что, точечное разрешение в ПЭМ составляло лишь ~2.5 нм. Объясняется это тем, что «гантели» в изображении связаны с наложением пересекающихся полос.
Контраст муара
Контраст муара возникает за счет интерференции структур с близкими периодами решеток. Имеются два типа муара, трансляционный и ротационный, которые иллюстрируются рис. 5.
Рис.5
В трансляционном муаре (а) плоскости с близкими периодами параллельны, значит g1 и g2 тоже параллельны. Наложение двух векторов в обратном пространстве дает результирующий вектор.
Связь g-векторов в трансляционном и ротационном муаре:
Муар является результатом интерференции двух систем плоскостей и совсем не обязательно, чтобы соответствующие кристаллы были в контакте. Если в верхнем кристалле возбуждается пучок g1, а в нижнем - g2, то каждый луч g1 в нижнем кристалле ведет себя как падающий пучок и вызывает соответствующие для второго кристалла рефлексы.
Френелевский контраст
Контраст, связанный с дефокусированным изображением, называют френелевским. Наиболее простая иллюстрация френелевского контраста приведена на рис. 6, где тонкая проволока (<=1мкм) введена на оптическую ось на пути пучка. На проволоку подается небольшой потенциал (~10в). Электронный пучок расщепляется, как свет в оптической призме, и отклоняется в электростатическом поле. Создается два виртуальных когерентных источника, s1 и s2, и на фотопластинке появляются интерференционные линии. Это - схема бипризмы Френеля.
|
|
Рис.6
Контраст стенок доменов
В магнитных материалах на электрон пучка действует сила Лоренца, F = (e/c)[vB]. Изменение направления вектора намагниченности B приводит к изменению направления силы Лоренца. Как показано на рис. 7, электроны, проходящие через пленку в соседних магнитных доменах, отклоняются в разные стороны, что приводит либо к сгущению, либо к ослаблению интенсивности на экране. Этот простой принцип лежит в основе лоренцевской просвечивающей электронной микроскопии (ЛПЭМ).
Изображение доменной стенки имеет вид параллельных чередующихся темных и светлых интерференционных линий (рис. 8). Контраст возникает в дефокусированном изображении, причем знак контраста меняется при изменении знака дефокусировки.
Рис.7 Рис.8
Заключение
На практике человеческий глаз не может отличить изменения в интенсивности менее чем в 5-10%. Таким образом контраст на экране или фотопластине должен быть не менее чем 5-10%. При регистрации с помощью электронных средств этот предел может быть легко преодолен. Формирование и наблюдение изображений неотделимо от наблюдения дифракции - прежде чем переходить к изображению смотрят дифракцию, поскольку она свидетельствует о кристаллографической структуре образца. На практике постоянно приходится переходить между режимами изображения и дифракции. В зависимости от структурных особенностей выбирают либо прямой, либо дифрагированный пучок для формирования изображения, т.е. либо светлопольный (BF), либо темнопольный (DF) режимы. Это два основных режима изображений в ПЭМ, отличающихся, в том числе, и противоположным контрастом.
|
|
Получение контрастных изображений, выделяющих исследуемые особенности является одной из основных задач микроскопии.
Список литературы
1. «Электронная микроскопия» Н. Г. Чеченин на сайте «Ядерная физика в Интернете» https://danp.sinp.msu.ru
2. «Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия.» Я.С. Усманский, Ю.А. Скаков, А.Н. Иванов, Л.Н. Расторгуев «Металлургия» М., 1990г.