REW软件——高分辨电子显微镜的像模拟与出射波函数重构的应用软件

通过像处理技术分析高分辨电子显微像有助于确定样品结构,提高显微镜的分辨率。本文开发的REW软件同时具有HRTEM像模拟与波函数重构的功能。用户可通过像模拟法来确定已知晶体的结构,另一方面,用户可利用系列离焦的HRTEM像重构样品的出射波函数,从而得到重要的相位信息并提高样品的分辨率。本文将简单介绍REW软件所运用的理论知识,并列举典型例子来描述REW软件的重要功能。     

用200 kV高分辨电子显微镜辨认3C-SiC中的硅和碳原子

用200 kV六硼化镧灯丝的高分辨电子显微镜拍摄了外延生长在硅衬底的3C-SiC薄膜的[110]显微像.经过解卷处理和衍射振幅校正,把实验像转换为直接反映晶体投影结构的结构像,近邻Si、C原子柱显现为黑(灰)的像点对,即所谓的哑铃.测量了结构像中不同厚度区域哑铃的灰度变化,分析了哑铃中二个端点的相对灰度值随厚度的变化关系,结合赝弱相位物体近似像衬理论进行分析,辨认出Si与C原子柱.     

透射电镜原子像的数值分析

高分辨电子显微术（HRTEM）已广泛应用于材料结构的测定，且分辨率已达到原子尺度。特别是近年来球差校正电子显微术的发展大大增加了获取各种材料结构原子像的可行性。然而，球差校正的高分辨电子显微像并未像人们期望的那样以信息分辨极限的分辨率直接反映材料结构，它们仍需要配以计算像模拟或图像处理技术才可给出可靠的结构信息。     

高分辨电子显微像的定量分析与应用I.基于图像处理的高分辨像定量分析方法

本文通过研究高分辨电子显微像的图像处理技术,系统地建立了两种高分辨原子像亮点中心精确定位的处理方法:灰度梯度检测法和峰谷提取-灰度平均法.基于原子像亮点中心定位技术,使用最小二乘法,建立了测量高分辨像中局部点阵参数和晶格畸变的实际处理过程.结合像模拟、图像匹配等手段,详细研究了从高分辨像中提取元素分布、原子结构等信息的定量分析方法;并建立了一套UNIX平台上的高分辨像定量分析程序包,具有较高的精度和广泛的用途.     

高分辨原子像中原子峰位置的精确自动判定与电极化畴的快速可视化?

针对材料原子尺度的量化研究正变得日益重要,而处理高分辨透射电子显微镜（ HRTEM）像耗时耗力的现状,对计算机自动提取HRTEM像原子尺度信息的算法进行了研究,实现了HRTEM像中原子峰位置的自动准确提取;并在此基础上完成了布拉维格子的自动构建。利用前述两项关键图像信息,计算了钙钛矿钴氧化物中原子位置发生的周期性变化和铁电材料中电极化畴翻转等重要物理量,实现了对材料中晶胞尺度晶格形变的量化分析,以及形变和畴结构的快速可视化。当涉及大量图像处理时,其所实现的晶胞尺度晶格形变和畴结构的定量测量与快速可视化方法为分析材料原子及纳米尺度性能提供了一种强有力的分析手段。此外,自动提取HRTEM原子像信息也为后续探索模拟像和实验像的自动匹配及确定精确成像参数与真实原子位置打下了基础。     

利用共同发掘技术实现软件类结构重构的研究

软件系统的质量很大程度上是由其内部结构决定的，在对软件进行优化时往往会使软件内部结构更加复杂，这样就可能会降低软件的性能，所以软件的结构需要一次次的优化修复。以往存在的方法进行这项操作非常复杂繁琐，本文的研究主要是通过共同发掘技术，来实现类结构的代码重构。这项技术中采用了群落点以及相互之间的依赖关系来代表软件系统中的方法属性的依赖关系，按照社区检测的规则来获得方法间网络关系的最优化结构，同时也改善了类的内部结构，实现了软件类结构的重构。     

可控合成铂功能化还原氧化石墨烯及其氢敏性能

通过添加或不添加甲酸的水热合成法获得了不同Pt纳米颗粒大小的Pt功能化还原氧化石墨烯(Pt-r GO)。利用SEM、XPS手段对所得Pt-r GO的形貌、组成进行表征,对获得的Pt-r GO的氢敏性能进行考察。结果显示,在50~150℃温度条件下,Pt纳米粒子相对小,Pt-r GO传感器的氢敏性能更优。在80℃下,Pt纳米颗粒相对小(20~40 nm)的Pt-r GO传感器对体积分数0.5%~2%的H2体现出优良的气敏响应性能,响应时间在180s以内,在H2体积分数0.5%~2%范围内灵敏度随H2浓度升高呈线性增长,具有良好的稳定性和重复性,响应-恢复曲线稳定,具有一定的应用潜力。     

科学家发现类似石墨烯的半导体材料

近日,从肯塔基大学传来消息,该学校从理论上验证了一种一层原子厚度的二维晶体存在,类似新型纳米材料石墨烯。科学家通过计算机模型验证了,即使在1000℃该材料结构仍十分稳定。如果材料在现实中成功制备,将无须像石墨烯这样必须制作成整齐的形状,可以被加工成更加灵活多样的形状。据悉,这种晶体不同于由碳原子组成的石墨烯,而是由硅、硼、氮三种原子构成,类似石墨烯以六边形结构排列成单原子层状二维晶     

外延生长的Gd掺杂CeO2薄膜内位错的透射电子显微学表征

利用脉冲激光沉积（ pulsed laser depositon, PLD）方法在YSZ（ Y2 O3 stabilised zirconia）单晶衬底上外延生长了Gd掺杂的CeO2薄膜（gadolinium doped CeO2,GDC）。利用透射电子显微镜（TEM）对GDC／YSZ界面以及GDC薄膜内部的位错结构进行了表征。实验发现,界面处存在周期性分布的失配位错,界面失配主要通过失配位错释放。 GDC薄膜内部存在两种不同的位错,其中一种为纯刃型位错,另外一种为混合型位错。     

高分辨电子显微像的定量分析与应用II.InGaAs/GaAs应变层超晶格的高分辨像定量分析

使用高分辨像定量分析方法和像模拟技术，对外延生长的ＧａＡｓ／ＩｎｘＧａ１－ｘＡｓ应变层超晶格的微观组态进行了详细的分析。用像模拟验证了成像位置与结构投影的对应关系。使用像点定位及畸变测量的分析方法，获得了晶格畸变位移分布图及畸变沿生长方向的分布曲线，扣除由四方畸变导致的点阵膨胀与收缩，得到了仅由Ｉｎ元素分布导致的点阵参数变化曲线。由晶格参数与Ｉｎ元素含量的线性对应关系，获得了超晶格中Ｉｎ元素沿生长方向的分布曲线。     

碳原子的再分布对铂上高质量单层石墨烯生长的影响

二维材料石墨烯以其独特的性质显示出在众多领域的应用潜力。化学气相淀积(CVD)作为最有效的生长单层石墨烯的方法得以良好发展。但在CVD方法中,频繁出现的多层石墨烯“点”严重影响单层石墨烯的有效面积,进而限制了石墨烯在很多场景中的应用。本文通过引入一个新的阶段-再分布阶段,使得在分解阶段溶解在铂片中的碳原子重新分布,进而减少了多层石墨烯“点”的数目。单层石墨烯的平均面积增加到16000μm₂,较未引入再分布阶段的单层面积增大了八倍。最后,拉曼光谱仪的测试结果说明了新方法下生长的石墨烯的高质量特征。     

无卷边单分子层WS2纳米片原子结构的高分辨电子显微术研究

本文利用高分辨电子显微术(HRTEM)确定了无卷边的单分子层WS2纳米片的原子结构像.通过对样品不同区域HRTEM像进行傅里叶变换(FFT)分析,得到了各个区域的WS2纳米片的晶体取向,确定了WS2纳米片分子层数分布.根据电子显微像强度与样品层数的线性关系以及WS2纳米片的单分子层数分布模型,确定不同区域WS2纳米片的分子层数.为了进一步定量分析结果的正确性,通过模拟电子显微像在不同碳膜厚度及不同成像条件下WS2纳米片的HRTEM像,也确定了在像衬度上与实验像很好的匹配.     

Investigation of multilayer domains in large-scale CVD monolayer graphene by optical imaging

CVD graphene is a promising candidate for optoelectronic applications due to its high quality and high yield. However, multi-layer domains could inevitably form at the nucleation centers during the growth. Here, we propose an optical imaging technique to precisely identify the multilayer domains and also the ratio of their coverage in large-scale CVD monolayer graphene. We have also shown that the stacking disorder in twisted bilayer graphene as well as the impurities on the graphene surface could be distinguished by optical imaging. Finally, we investigated the effects of bilayer domains on the optical and electrical properties of CVD graphene, and found that the carrier mobility of CVD graphene is seriously limited by scattering from bilayer domains. Our results could be useful for guiding future optoelectronic applications of large-scale CVD graphene.     

用空间域相减法提高电子全息图再现像的分辨率

研究了在数字电子全息记录和再现过程中利用空间域相减法消除自相关项影响的实验和数据处理方法。通过适当改变电子棱镜的电压实现同一样品的离轴电子全息图和像强度分布图的实验记录;在图像相减的数据处理过程中,同时使零级衍射谱的总能量趋于最小值的迭代算法来消除记录过程中全息图和像强度图之间可能存在的能量和位置偏差。给出了有关的实验和数据处理结果。实验结果表明,该方法是可行的。     

双壁碳纳米管的电子显微学研究

本文分析研究了甲酸镍二水合物作为催化剂前驱体,多壁管为原料,采用氢电弧放电法制得的双壁碳纳米管样品中不同管壁数目碳纳米管的分布及双壁碳管直径分布,发现样品中单壁和双壁碳管占主要地位,双壁管的内径主要分布在1.67 nm～3.67 nm之间,外径主要分布在2.33 nm～4.33 nm之间.此外,精确测定了三个双壁碳纳米管的螺旋指数,分别为[(28,3)(29,17)],[(19,8)(29,6)]及[(23,15)(28,22)],其电学性能分别为[半导体性,金属性],[半导体性,半导体性]及[半导体性,金属性].同时,观察了在不同条件下的电子辐照效应.结果表明,经辐照碳管的最内层管壁先发生断裂,其形变速度逐渐变慢,单根碳管易依附于大块物质.在相同的辐照条件下,管壁数目越多碳管越稳定.当管壁数目相同时,直径小的管比直径大的管稳定.高加速电压能够加速碳管的变形.     

第一性原理计算金属原子对石墨烯光电性能的调制

基于第一原理计算,研究最活泼的金属(Na, K,Al)以及实验上常用的金属(Ti, Ag, Ru, Au,Pt)等八种金属原子对石墨烯的功函数和光学性质的调制。结果表明,除了Ti和Ru原子外,所有的吸附原子均失去电子,导致石墨烯的狄拉克锥向低能方向移动。所有吸附结构的功函数均低于本征石墨烯。特别是Ti或Ru原子与石墨烯之间存在较强的相互作用,导致Ti和Ru吸附石墨烯的功函数较小。由于吸附原子的存在,使得石墨烯的光学性质发生了很大的变化。不同吸附结构的静态介电函数差别很大;吸附原子后,石墨烯对可见光和红外光的吸收强度大大增加。     

电子束辐照对单根Zn2 GeO4纳米线电学特性的影响

利用透射电子显微技术,对Zn2 GeO4纳米线的微观结构以及元素成分进行了表征。采用STM?TEM电学测试样品杆在透射电子显微镜内原位构建一个基于Zn2 GeO4纳米线的金属－半导体－金属（ M?S?M）结构,在结构两端加电,发现随着辐照强度的增加,流过纳米线的电流增加且I?V曲线的开启电压减小。进一步分析表明这是由于金属电极中的电子受到更强的激发更容易越过金属与半导体形成的肖特基势垒,因此在原位TEM电学测试过程中,应该考虑到电子束辐照的影响,以便获得更加准确的测量结果。     

Attenuation characteristics of monolayer graphene by Pi-and T-networks modeling of multilayer microstrip line

The impedances of Pi-and T-networks are obtained from the measured S-parameters of the multilayer microstrip line by modeling as an attenuator. The changes in impedances have been analyzed for the properties of various superstrates at the microwave ranges. With graphene on glass and graphene on quartz loadings, the impedances have increased and shifted towards lower frequency more in Pi-network than T-network modeling. This shift has become more prominent at higher frequency for the graphene on glass than graphene on quartz. A little increase in attenuation is found for graphene on glass or quartz than bare glass and quartz. The present study can be extended to obtain attenuation characteristic of any thin film by simple experimental method in the microwave frequencies.     

Optical Properties and Microstructure of Silver-Copper Nanoparticles Synthesized by Pulsed Laser Deposition

Utilizing a pulsed laser deposition (PLD) method, silver-copper (Ag-Cu) nanoparticles have been synthesized by changing the surface area ratio of the target (S _R = S _Cu/(S _Ag + S _Cu)) from 0 to 30%. The peak absorption attributed to surface plasmon resonance (SPR) increased when increasing S _R up to 15%, above which it decreased. The peak shifts seem to be induced by the changes in the conductivity and morphology of the Ag-Cu nanoparticles. Additionally, the interplanar spacings of the Ag-Cu nanoparticles prepared at S _R = 15% corresponded to the Ag {111}, {200}, {220}, and Cu {111} planes. However, since the interplanar spacings attributed to the Cu {200} and {220} planes were not detected, the Ag-Cu nanoparticles were believed to possess a lattice constant (a) close not to the Cu phase (a = 3.615 Å) but to the Ag phase (a = 4.086 Å). Moreover, confirming the presence of Cu atoms in the nanoparticles using energy dispersive X-ray (EDX) spectra, Ag-Cu nanoparticles may be a solid solution in which Cu atoms partially replace Ag atoms in the fcc structure.