Yüksek çözünürlüklü iletim elektron mikroskobu (HRTEM veya HREM) faz kontrastıdır (yüksek çözünürlüklü elektron mikroskopi görüntülerinin kontrastı, sentezlenen projeksiyon dalgası ile kırınan dalga arasındaki faz farkı tarafından oluşturulur, buna faz kontrastı denir.) Mikroskopi kristalin malzemelerin çoğunun atomik bir düzenlemesini verir.
Yüksek çözünürlüklü iletim elektron mikroskopisi 1950'lerde başladı. 1956'da, JWMenter doğrudan 8 Å iletim elektron mikroskobu ile 12 Å bakır ftalosiyaninin paralel şeritlerini gözlemledi ve yüksek çözünürlüklü elektron mikroskobu açtı. Ameliyat kapısı. 1970'lerin başında, 1971'de Iijima Chengman, Ti2Nb10O29'un faz kontrast görüntüsünü yakalamak için 3,5 Å çözünürlüğe sahip bir TEM kullandı ve atom grubunun olay elektron demeti boyunca doğrudan izdüşümünü gözlemledi. Aynı zamanda, yüksek çözünürlüklü görüntü görüntüleme teorisi ve analiz teknolojisi üzerine yapılan araştırmalar da önemli ilerlemeler kaydetmiştir. 1970'lerde ve 1980'lerde elektron mikroskobu teknolojisi sürekli olarak iyileştirildi ve çözünürlük büyük ölçüde geliştirildi. Genel olarak, büyük TEM 1,44 Å kristal çözünürlüğünü ve 2 ila 3 Å nokta çözünürlüğünü garanti edebilmiştir. HRTEM, sadece düzlemler arası boşluğu yansıtan kafes saçak görüntüsünü gözlemlemekle kalmaz, aynı zamanda reaksiyon kristal yapısındaki atom veya grup düzenlemesinin yapısal görüntüsünü de gözlemleyebilir. Son zamanlarda, Profesör David A. Muller'in ABD'deki Cornell Üniversitesi'ndeki ekibi, düşük elektron ışını enerji görüntüleme koşulları altında 0.39 Å uzamsal bir çözünürlük elde etmek için lamine görüntüleme teknolojisi ve bağımsız olarak geliştirilen bir elektron mikroskop piksel dizi dedektörü kullandı.
Günümüzde, transmisyon elektron mikroskopları genellikle HRTEM yapabilmektedir. Bu transmisyon elektron mikroskopları iki tipte sınıflandırılır: yüksek çözünürlük ve analitik. Yüksek çözünürlüklü TEM, yüksek çözünürlüklü objektif kutup parçası ve örnek tabla eğim açısını küçük yapan ve daha küçük objektif küresel sapma katsayısı ile sonuçlanan bir diyafram kombinasyonu ile donatılmıştır; analitik TEM ise çeşitli analizler için daha büyük bir miktar gerektirir. Örnek aşamasının eğim açısı, böylece objektif lens direği pabucu yüksek çözünürlük türünden farklı olarak kullanılır, böylece çözünürlüğü etkiler. Genel olarak, 200 kev yüksek çözünürlüklü TEM 1,9 Å çözünürlüğe sahiptir, 200 kev analitik TEM ise 2,3 Å değerine sahiptir. Ancak bu, analitik TEM çekiminin yüksek çözünürlüklü görüntüsünü etkilemez.
Şekil l'de gösterildiği gibi, belirli bir dalga boyuna (λ) sahip bir elektron ışını, kristal düzlem aralığı d, Bragg koşulu (2dsin θ) olan bir kristal üzerinde meydana geldiğinde, yüksek çözünürlüklü elektron mikroskopi görüntüleme işleminin optik yol diyagramı. = λ) tatmin olur, Kırık bir dalga (2 wave) açısında üretilir. Bu kırılmış dalga, bir kırınım noktası oluşturmak için objektif merceğin arka odak düzleminde birleşir (bir elektron mikroskobunda, arka odak düzleminde oluşan düzenli bir kırınım noktası, elektron kırınım deseni olarak adlandırılan fosfor ekranına yansıtılır. ). Arka odak düzlemindeki kırınık dalga ilerlemeye devam ettiğinde, kırınan dalga sentezlenir, görüntü düzleminde büyütülmüş bir görüntü (elektron mikroskopik görüntü) oluşur ve arka odak üzerine iki veya daha fazla büyük objektif lens gözbebeği yerleştirilebilir uçak. Yüksek çözünürlüklü elektron mikroskobu adı verilen dalga girişim görüntülemesine yüksek çözünürlüklü elektron mikroskobik görüntü (yüksek çözünürlüklü mikroskopik görüntü) denir.
Yukarıda belirtildiği gibi, yüksek çözünürlüklü elektron mikroskobik görüntü, objektif merceğin odak düzleminin iletilen ışını ve birkaç kırılmış ışını, faz tutarlılıkları nedeniyle objektif göz bebeğinden geçirerek oluşturulan bir faz kontrast mikroskobik görüntüdür. Görüntülemeye katılan kırınım demeti sayısındaki farklılık nedeniyle, farklı adlarda yüksek çözünürlüklü görüntüler elde edilir. Farklı kırınım koşulları ve örnek kalınlığı nedeniyle, farklı yapısal bilgilere sahip yüksek çözünürlüklü elektron mikrografları beş kategoriye ayrılabilir: kafes saçaklar, tek boyutlu yapısal görüntüler, iki boyutlu kafes görüntüleri (tek hücreli görüntüler), iki boyutlu yapı görüntüsü (atom ölçeği görüntüsü: kristal yapı görüntüsü), özel görüntü.
Kafes saçakları: Arka odak düzlemindeki bir iletim ışını objektif mercek tarafından seçilirse ve bir kırınım ışını birbiriyle etkileşirse, yoğunlukta periyodik bir değişiklik olan tek boyutlu bir saçak deseni elde edilir (siyah üçgenle gösterildiği gibi) Şekil 2 (f)) Bu, bir saçak saçak ve bir kafes görüntü ile elektron ışınının kafes düzlemine tam olarak paralel olmasını gerektirmeyen yapısal bir görüntü arasındaki farktır. Aslında, kristalitlerin, çökeltilerin ve benzerlerinin gözlenmesinde, kafes saçakları genellikle bir izdüşüm dalgası ile bir kırınım dalgası arasındaki girişim ile elde edilir. Kristalitler gibi bir maddenin elektron kırınım paterni fotoğraflanırsa, Şekil 2'nin (a) 'da gösterildiği gibi bir ibadet halkası görünecektir.
Tek boyutlu yapı görüntüsü: Numunenin belirli bir eğimi varsa, elektron ışını kristalin belirli bir kristal düzlemine paralel olacak şekilde, Şekil 2 (b) 'de gösterilen tek boyutlu kırınım kırınım modelini tatmin edebilir. iletim noktasına göre simetrik dağılım) Kırınım modeli). Bu kırınım modelinde, optimum odak koşulu altında çekilen yüksek çözünürlüklü görüntü kafes saçaktan farklıdır ve tek boyutlu yapı görüntüsü, gösterildiği gibi kristal yapı bilgisini, yani elde edilen tek boyutlu yapı görüntüsünü içerir. Şekil 3'te (gösterilen Bi-bazlı süperiletken oksidin yüksek çözünürlüklü bir boyutlu yapısal görüntüsü.
İki boyutlu kafes görüntüsü: Eğer elektron ışını belirli bir kristal şerit eksenine paralel ise, iki boyutlu bir kırınım paterni elde edilebilir (Şekil 2'de gösterilen merkezi iletim noktasına göre iki boyutlu simetrik dağılım (c )). Böyle bir elektron kırınım modeli için. İletim noktasının yakınında, kristal birim hücresini yansıtan bir kırınım dalgası belirir. Kırınan dalga ile iletilen dalga arasındaki girişim tarafından üretilen iki boyutlu görüntüde, birim hücresini gösteren iki boyutlu bir kafes görüntüsü gözlenebilir ve bu görüntü birim hücre ölçeği hakkında bilgi içerir. Bununla birlikte, bir atom ölçeği (atomik düzenlemeye) içermeyen, yani iki boyutlu kafes görüntüsü olmayan bilgiler, Şekil 3 (d) 'de gösterildiği gibi tek kristal silikonun iki boyutlu bir kafes görüntüsüdür.
İki boyutlu yapı görüntüsü: Şekil 2 (d) 'de gösterildiği gibi bir kırınım modeli elde edilir. Böyle bir kırınım paterni ile yüksek çözünürlüklü bir elektron mikroskobu görüntüsü gözlendiğinde, görüntülemede daha fazla kırınım dalgaları olduğunda, yüksek çözünürlüklü görüntünün içerdiği bilgiler de o kadar fazla olur. Tl2Ba2CuO6 süper iletken oksidin yüksek çözünürlüklü iki boyutlu bir yapı görüntüsü Şekil 3 (e) 'de gösterilmiştir. Bununla birlikte, elektron mikroskobunun daha yüksek çözünürlük sınırına sahip yüksek dalga boylu tarafın kırınımının, doğru yapı bilgilerinin görüntülenmesine katılması olası değildir ve arka plan haline gelir. Bu nedenle, çözünürlüğün izin verdiği aralık dahilinde. Mümkün olduğunca çok dağınık dalga ile görüntüleme yaparak, birim hücre içindeki atomların düzenlenmesi hakkında doğru bilgileri içeren bir görüntü elde etmek mümkündür. Yapı görüntüsü, yalnızca görüntülemeye katılan dalga ile numunenin kalınlığı arasındaki oransal ilişki ile uyarılan ince bir bölgede görülebilir.
Özel görüntü: Arka odak düzleminin kırınım modelinde, açıklığın yerleştirilmesi sadece belirli yapısal bilginin kontrastının görüntüsünü gözlemleyebilmek için belirli dalga görüntülemesini seçer. Bunun tipik bir örneği gibi düzenli bir yapıdır. Karşılık gelen elektron kırınım paterni Şekil 2 (e) 'de Au, Cd sıralı alaşımın elektron kırınım paterni olarak gösterilmiştir. Sıralı yapı, Cd atomlarının sırayla düzenlendiği yüz merkezli bir kübik yapıya dayanır. Şekil 2 (e) (020) ve (008) indekslerinin temel örgü yansımaları dışında elektron kırınım paternleri zayıftır. Sıralı kafes yansıması, temel kafes yansımasını çıkarmak için objektif lensi kullanarak, iletim dalgalarını ve düzenli kafes yansıması görüntülemesini kullanarak, sadece Şekil 4'te gösterildiği gibi parlak noktalara veya yüksek çözünürlük gibi koyu noktalara sahip Cd atomlarına.
Şekil 4'te gösterildiği gibi, gösterilen yüksek çözünürlüklü görüntü, numunenin kalınlığına göre optimum yüksek çözünürlüklü düşük netlemeye yakın olarak değişir. Bu nedenle, yüksek çözünürlüklü bir görüntü elde ettiğimizde, yüksek çözünürlüklü görüntünün ne olduğunu söyleyemeyiz. Öncelikle malzemenin yapısını farklı kalınlıklarda hesaplamak için bir bilgisayar simülasyonu yapmalıyız. Maddenin yüksek çözünürlüklü görüntüsü. Bilgisayar tarafından hesaplanan bir dizi yüksek çözünürlüklü görüntü, deney tarafından elde edilen yüksek çözünürlüklü görüntüleri belirlemek için deney tarafından elde edilen yüksek çözünürlüklü görüntülerle karşılaştırılır. Şekil 5'te gösterilen bilgisayar simülasyon görüntüsü, deney tarafından elde edilen yüksek çözünürlüklü görüntü ile karşılaştırılmaktadır.
Bu makale, önemli kişi sütun teknolojisi danışmanı tarafından düzenlenmiştir.