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： 342 發布時間：2017-09-12 09:08:03 發布人：editor
南京大學量子材料中心，亞原子電鏡實驗室王鵬教授課題組在新型電子光學成像方法研究上取得系列進展。結合超高分辨疊層衍射成像(Ptychography)方法在電子顯微鏡上實現了二維原子結構像乃至三維成像，并在六硼化鑭晶體和用多壁碳納米管等納米材料上驗證了這一成像方法。
【圖文導讀】
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 重構相位圖像
(a-b)在兩根碳納米管位置的重構相位圖像
(d-f)對應位置的放大圖像以及對應的頻譜
【研究內容】
實際光學系統中(例如：透鏡)存在各種像差(球差，彗差)，會使最后的成像質量(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行會聚，但磁透鏡通常具有固有像差，導致成像扭曲和分辨率下降，極大地約束了電鏡的應用。一種改善分辨率的方法是使用像差校正器。近二十年來，像差校正器的研制和發展，使透射電鏡的分辨率從0.2nm提升到0.05nm(或者更高)，但是加裝一臺像差校正器的費用比較昂貴。另外一種方法則是使用“無透鏡”的衍射重構計算機成像的方法，就是先采集電子束通過物體后在遠場的衍射斑，再通過計算機迭代算法重構獲得物體的像，但該方法要求對樣品有先知條件，因此大大限制了其應用。疊層衍射成像(Ptychography)是在第二種方法的基礎上，通過入射束在樣品掃描，在每個掃描位置下記錄二維衍射強度圖案，從而構建出具有四維空間的衍射數據，然后再通過計算機的反復迭代的方法，重構出樣品的高分辨像以及入射束斑的形狀。由于對成像元件(如：透鏡)的質量無要求，這一方法理論上能夠達到波長限制的極限分辨率，對于通過加速電子成像的透射電鏡來說，這一極限分辨率將是在皮米量級。
課題組基于疊層衍射成像(Ptychography)方法，重構出六硼化鑭晶體的原子結構像。重構像中在重元素鑭(原子序數為57)清楚解析出輕元素硼(原子序數為5)的原子位置。但是在傳統的高角環形暗場像中，輕元素硼在重元素晶格中是無法觀察到。因此，該成像方法具有對輕元素探測敏感的優勢，可以廣泛地應用于在晶體中輕元素原子的成像。該工作發表在”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的王鵬教授，南方科技大學的張福才教授為共同通訊作者。
該工作受到國獲得了科技部973計劃、國家自然科學基金、國際科技合作與交流專項、江蘇省自然科學基金以及中央高校基本科研業務費專項資金的資助。
原文鏈接：http://news.nju.edu.cn/show_article_12_46787
文獻鏈接：Electron Ptychographic Diffractive Imaging of Boron Atoms in LaB6 Crystals (Nat.Commun.,2017,DOI:10.1038/s41598-017-02778-x)