用高分辨电子显微镜同时观察轻重悬殊的原子

在赝弱相位物体近似象衬理论的指导下,以Li_2Ti_3O_7晶体为例,证实在一定晶体厚度下,可同时在象上显现出轻重悬殊的原子,且令它们衬度相反,即锂为黑、钛为白。     

HREM测定K_2Nb_8O_(21)的晶体结构

K_2Nb_8O_(21)晶体属正交晶系,空间群为P2_12_12,晶胞参数a=3.75nm,b=1.25nm,c=0.396nm(1)由于晶体中有大量90°微畴,难以用x射线衍射方法测定其结构,本文用高分辨电子显微术先找出Nb和K原子的位置,然后定出晶体的结构模型。根据赝弱相位物体近似的象衬理论(2),当晶体的厚度超过其临界值时,重原子象衬为白,其余仍为黑。图     

赝弱相位物体近似的象衬

按照赝弱相位物体成象原理,若把晶体分成n+1个相同的薄晶片,则在最佳欠焦条件下的象强度为: I_((?)11)(X,y)=1-2σφ_(n+1)(x,y)φ_(n+1)(x,y)为赝弱相位物体一个晶片的电势分布投影。本文以氯代酞青铜为例,计算了赝弱相位物体近似条件下,电子束沿(001)方向入射时,各种原子中心位置象强度随晶体厚度的变化,并与多层法(2)计算结果相比较,说明赝弱相位物体近似的适用范围。在计算中,原子的电子散射因子数值用六参数解析式拟合。其傅里叶变换是每个晶片沿电子束入射方向的电势分布投影,表达为三个高斯函数之和,并引用高斯函数形光栏函数。计算结果示于图1。图2为用多层法     

球差校正高分辨电子显微像的像衬和解卷处理

本工作将赝弱相位物体近似像衬理论延伸至球差校正高分辨电子显微像,分析了球差校正像的衬度随样品厚度的变化规律。指出非Schemer聚焦条件下球差校正电镜拍摄的高分辨像仍未必反映晶体结构,讨论了解卷处理方法应用于球差校正像的有效性,并以有12型层错的GaN晶体为例,借助像模拟肯定了解卷处理能用于复原原子分辨率晶体缺陷的结构像。     

用200 kV电子显微镜分辨Li1-xNbO2中的Nb和O原子

在远离Scherzer聚焦条件下,用200 kV的高分辨电子显微镜拍摄了Li1-xNbO2(x≈0.7)高分辨像,再借助像解卷处理使之恢复为直接反映晶体投影结构的解卷像.在不同晶体厚度的解卷像上均能清楚地分辨间距为0.153nm的Nb和O原子柱,看不见"原子.Nb和O原子的衬度随厚度变化的规律符合赝弱相位物体近似像衬理论.从像模拟得知,即使原始像的离焦量接近Sdaerzer聚焦条件,解卷处理也同样有助于提高像的质量,并分辨开单个的O原子柱.     

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.     

激光衍射仪检验JEM-200CX点分辨率及测定Cs和△f

用光学衍射环状花样检验透射电镜点分辨率,要比从图象直接测量间距更为正确,厂商和用户都正在推广这种检验法。在高分辨率成像领域内,象衬度主要是相位衬度。电子波穿越很薄的“弱相位”物体时,物体结构产生的散射效应将只引起电子波微小的相位差(衬度)。为了在最终的象内把相位衬度转化为探测元件能感受的     

高分辨电子显微象的直接法解卷——赝弱相位物体

大多数情况下,高分辨电子显微象并不直接反映晶体结构。象面上的波函数是透射波函数与衬度传递函数富里叶变换的卷积。即使在弱相位物体的情形,衍射波等同于结构因子,只要不满足Scherzer条件,象就偏离于结构投影。在影响象质量的各种参数中,欠焦值是最主要的。高分辨电子显微象直接法解卷的目的,是从一张任     

对最大熵法像解卷处理的进一步探讨

在弱相位物体近似下,高分辨电子显微像的强度正比于晶体的电势投影分布函数与衬度传递函数的付立叶变换的卷积。借助解卷处理可以把一幅在任意离焦条件下拍摄的高分辨像转变成晶体结构投影图。七十年代后期,李方华、范海福提出用衍射分析中的直接法来进行像解卷,特点是只需用一幅任意离焦条件的像便可恢复出晶体的结构投影图。近来,胡建军、李方华将最大熵原理应用于高分辨电子显微像的解卷处理中,也只需从一幅任意离焦条件的像出发,曾用此方法测定了未知晶体结构。     

黄河矿和氟碳铈钡矿的HREM研究

黄河矿(BaCe(CO)_2F)和氟碳鈰钡矿(Ba_3Ce_2(CO_3)_5F_2)是我国发现的新矿。它们有相同的超结构。前者晶体结构已知。后者只知晶胞参数,原子位置未知,但对其重原子位置有过推测。本文研究了它们的高分辨电子显微象,利用动力学衍射效应测定了氟碳鈰钡矿的晶体结构。矿物是用JEM 108C电子显微镜观察的。从黄河矿过焦系列实验象和计算象的匹配中(图1),发现动力学衍射效应有助于增强轻原子的象衬,并了解到最佳欠焦量为400A,最佳晶体厚度为50A。在此最佳条件下,轻原子可以和重原子一样在象上呈现为黑(图1b,d)。     

X射线相位衬度CT

X射线相位衬度CT指的是在通过X射线光源来对物体进行成像过程中使用图像的位相衬度来反映物体的密度或者厚度分布,适用于弱吸收物体,还可以减少吸收剂量,放宽成像条件中光源强度的限制和减少对样品(尤其是生物样品)的损伤.介绍了目前用于X射线相位衬度CT的三种方法,实验及图像重建的过程,并分析了各自的优缺点.     

场发射高分辨电子显微像的复原

本文讨论了弱相位物体近似的实际应用范围，在此基础上对场发射高分辨电子显微像作了解卷处理。     

相位子缺陷准晶体的HREM像模拟计算

准晶体可看作高维(n维)晶体中的一个无理投影区间向三维子空间(物理空间)的投影。与物理空间互补的另一个子空间为(n—3)维。称赝空间。当高维空间中引入一个应变场时,n维应变位移矢在物理空间和赝空间的分量分别称为声子应变和相位子应变。在准晶体形成过程中,相位子应变往往被冻结在体内,形成相位子缺陷准晶体。当相位子应变为线性时,相位子缺陷准晶体实际上是介乎理想准晶体与某一定相应晶体之间的中间状态。理想准晶体与相应晶体二者是同一个高维晶体的投影,只不过前者来自无理投影区间,而后者来自有理投影区间。可以通过旋转操作把无理投影区间旋转到有理区间的位置。所以,引入线性相位子应变相当于投影区间的旋转。曾经报导,当相应晶体的结构为已知时,可以从晶体结构导出高维晶体结构模型,再从而求得准晶体结构。     

背景光存在下的相衬法原理分析

为了更好地观察弱相位物的位相,在考虑背景光的情况下,对任意相位物体的相衬成像过程进行严格的数学推导及分析,得到有背景光时的相衬法成像光强普遍表达式。结果表明,有背景光时的相板相移量及其透过率存在最佳值;若采用CCD接收图像,弱相位物的最小可观察相位变化量达1.9mrad。这为弱相位物体的精确测量提供了有力的数学论证。     

关于晶体中螺位错的弱束衍衬像

采用运动学衍衬理论,对晶体中螺位错引起的弱束衍衬像强度峰高度、位置随晶体试样厚度t,偏离参数S,位错线所在试样内部深度y的变化关系进行了计算。考虑到弱束时S比较大及S与位错柏氏矢量b之间的夹角,计算时对经典的运动学理论做了修正。     

蛋白质晶体结构的研究

应用电子显微学方法研究蛋白质薄晶体结构,通常使用负染色方法。然而它存在缺陷:负染色剂在电子束照射下会发生变化,如醋酸铀体积减少达15％,这会引起蛋白质表面移动(P.Un-win)。其次由于负染色液与氨基酸残余侧链基因的化学作用。会出现正的或负的染色,使得图象难以解释(W.Chin)。最后负染色的样品大约只能获得15～20A的分辨率。如不进行染色,也有问题:象衬度非常弱;存在真空损伤——蛋白质从含水状态到电镜真空中,因干燥而引起损伤;最后是幅射损伤——蛋白质晶体对电子束非常敏感,典型的蛋白质晶体,大约在le/A~2的电子剂量时就开始被破坏(Stenn)。这样的剂量是远小于通常观察时的剂量。为解决这些问题,A.Klug等人采用下列方法:用相位衬度成象;用葡萄糖取代水介质,由于葡萄糖不挥发,有利于真空保     

固体科学中的电子显微学

电子显微镜自1932年问世以来,经过半个世纪的发展,不但作为显微镜主要指标的分辨率已由开始时的一百埃提高到2—3埃,可以直接分辨原子,并且还能进行毫微米(10埃)尺度的晶体结构及化学组成的分析,成为全面评价固体微观特征的综合性仪器。电子显微镜在固体科学中的应用经历了三个高潮:首先是50～60年代的薄晶体中位错等晶体缺陷的衍衬象的观察;其次是70年代的极薄晶体的高分辨结构象及原子象的观察;还有就是近几年来兴起的分析电子显微学,对几十埃区域的固体,用X射线能谱及电子能量损失谱进行成分分析以及用微束电子衍射进行结构分析。这些成就无疑地将推动包括固体物理、固体化学、固体电子学、材料科学、地质矿物、晶体学等学科在内的固体科学的发展。     

用直接法处理高分辨电子显微象

Gerchberg和Saxton(1971,1972)首先提出,把一张电子显微象和一张相应的电子衍射图结合起来。用迭代方法求出象波和衍射波的相位。1977年李方华提出用象和衍射图相结合来提高象的分辨率。最近Ishizuka,Miyazaka和Uyeda (1982)在弱相位近似条件下,把“相位改正”方法用于象与衍射圈的结合,达到改善象的质量。提高象分辨率的目的。另一方面,李方华和范海福(1979)曾提出,可以用晶体结构分析中的直接法来复原高分辨电子显微象。本文则以氯代酞菁铜为例,试验了将“直接法”用于象与衍射图的结合,获得了满意的结果。     

小位错圈电子衍衬象的微扰法计算

本文按微扰法的思想采用一种简化的方法计算厚膜中的小位错圈在双光束动力学条件下的衍射衬度,得到了一个简洁的一般表达式。利用此式以及衍衬象的对称性原理,可以定性地解释实验观察到的关于小位错圈衍衬象随位错圈的特征、在膜中的位置和观察条件而变化的规律。把各向同性弹性介质中小位错圈的位移场的表达式代入此式后,可得到很简洁的关于小位错圈衍衬象的定量计算公式。当把弹性各向异性立方系晶体中小位错圈的位移场的表达式代入此式后,得到的关于衍射衬度的公式相当复杂。为此我们编写了计算机程序并用笔绘仪绘出小位错圈的衍衬象的等衬度轮廓图。计算结果表明,晶体的弹性各向异性对其小位错圈衍衬象影响很大,使沿弹性软方向的衬度增强,沿弹性硬方向的衬度减弱。     

非线性Tavis-Cummings模型压缩光场的Pancharatnam相位特性

研究了存在非线性Kerr介质时,耦合双原子与单模压缩真空场相互作用系统的Pancharatnam相位特性。选取合适的初始条件和运用旋波近似,通过解薛定谔方程求出Pancharatnam相位的表示形式,并对此相位进行数值分析。结果表明：耦合双原子处于任意初态,随着原子与光场相互作用强度、两个二能级原子偶极-偶极耦合强度和非线性Kerr介质非线性的增大,Pancharatnam相位演化的频率都显著增长。耦合双原子初态同处激发态时,pancharatnam相位演化有明显的振荡上升（或振荡下降)的趋势。耦合双原子初态只有一个处于激发态时,随着Kerr介质非线性作用的增强,Pancharatnam相位演化变混乱。