在透射電子顯微鏡超高分辨衍射成像方法研究的
瀏覽次數(shù)： 342 發(fā)布時(shí)間：2017-09-12 09:08:03 發(fā)布人：editor
南京大學(xué)量子材料中心，亞原子電鏡實(shí)驗(yàn)室王鵬教授課題組在新型電子光學(xué)成像方法研究上取得系列進(jìn)展。結(jié)合超高分辨疊層衍射成像(Ptychography)方法在電子顯微鏡上實(shí)現(xiàn)了二維原子結(jié)構(gòu)像乃至三維成像，并在六硼化鑭晶體和用多壁碳納米管等納米材料上驗(yàn)證了這一成像方法。
【圖文導(dǎo)讀】
圖1 三維成像光路以及原理圖
(a)三維成像光路以及原理圖
(b)多壁碳納米管的透射電鏡圖像
圖2 重構(gòu)相位圖像
(a-b)在兩根碳納米管位置的重構(gòu)相位圖像
(d-f)對(duì)應(yīng)位置的放大圖像以及對(duì)應(yīng)的頻譜
【研究?jī)?nèi)容】
實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)中(例如：透鏡)存在各種像差(球差，彗差)，會(huì)使最后的成像質(zhì)量(變大、變形、變色)和分辨率下降。在透射電鏡中，電子束依靠磁透鏡進(jìn)行會(huì)聚，但磁透鏡通常具有固有像差，導(dǎo)致成像扭曲和分辨率下降，極大地約束了電鏡的應(yīng)用。一種改善分辨率的方法是使用像差校正器。近二十年來(lái)，像差校正器的研制和發(fā)展，使透射電鏡的分辨率從0.2nm提升到0.05nm(或者更高)，但是加裝一臺(tái)像差校正器的費(fèi)用比較昂貴。另外一種方法則是使用“無(wú)透鏡”的衍射重構(gòu)計(jì)算機(jī)成像的方法，就是先采集電子束通過(guò)物體后在遠(yuǎn)場(chǎng)的衍射斑，再通過(guò)計(jì)算機(jī)迭代算法重構(gòu)獲得物體的像，但該方法要求對(duì)樣品有先知條件，因此大大限制了其應(yīng)用。疊層衍射成像(Ptychography)是在第二種方法的基礎(chǔ)上，通過(guò)入射束在樣品掃描，在每個(gè)掃描位置下記錄二維衍射強(qiáng)度圖案，從而構(gòu)建出具有四維空間的衍射數(shù)據(jù)，然后再通過(guò)計(jì)算機(jī)的反復(fù)迭代的方法，重構(gòu)出樣品的高分辨像以及入射束斑的形狀。由于對(duì)成像元件(如：透鏡)的質(zhì)量無(wú)要求，這一方法理論上能夠達(dá)到波長(zhǎng)限制的極限分辨率，對(duì)于通過(guò)加速電子成像的透射電鏡來(lái)說(shuō)，這一極限分辨率將是在皮米量級(jí)。
課題組基于疊層衍射成像(Ptychography)方法，重構(gòu)出六硼化鑭晶體的原子結(jié)構(gòu)像。重構(gòu)像中在重元素鑭(原子序數(shù)為57)清楚解析出輕元素硼(原子序數(shù)為5)的原子位置。但是在傳統(tǒng)的高角環(huán)形暗場(chǎng)像中，輕元素硼在重元素晶格中是無(wú)法觀察到。因此，該成像方法具有對(duì)輕元素探測(cè)敏感的優(yōu)勢(shì)，可以廣泛地應(yīng)用于在晶體中輕元素原子的成像。該工作發(fā)表在”Electron Ptychographic Diffractive Imaging of Boron Atoms in LaB6 Crystals”, Sci Rep 7, 2857 (2017). 第一作者和通訊作者是南京大學(xué)的王鵬教授，南方科技大學(xué)的張福才教授為共同通訊作者。
該工作受到國(guó)獲得了科技部973計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)際科技合作與交流專項(xiàng)、江蘇省自然科學(xué)基金以及中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金的資助。
原文鏈接：http://news.nju.edu.cn/show_article_12_46787
文獻(xiàn)鏈接：Electron Ptychographic Diffractive Imaging of Boron Atoms in LaB6 Crystals (Nat.Commun.,2017,DOI:10.1038/s41598-017-02778-x)