1. Введение в просвечивающую электронную микроскопию
Преимущества использования более короткой длины волны, привели в 1960 году к разработке высоковольтных электронных микроскопов с ускоряющим напряжением (ВВПЭМ) от 1 до 3 МВ.
Фактически, вместо того чтобы увеличивать разрешающую способность, большинство из этих инструментов были использованы для введения контролируемого количества радиационных повреждений в образцах, в попытке имитации режимов работы ядерных реакторов. Катастрофы в Three-Mile остров и Чернобыль способствовал изменениям в приоритетах энергетических исследований, в последнее время не было нужды в использовании ВВПЭМ. Сегодня, изменения климата вынуждают пересмотреть отношение к ядерной энергетике.
Только один ВВПЭМ (1 МВ) для получения ВРПЭМ было построено в 1980-х годах и три 1.25 МВ машины в 1990 году. Электронные микроскопы с промежуточным ускоряющим напряжением (IVEM) были введены в 1980-х годах. Эти ПЭМ работают при ускоряющих напряжениях 200-400 кВ, но все еще обладают очень высоким разрешением, близким к достигнутым при 1 МВ. В самом деле, прогресс таков, что большинство IVEMs, приобретаемых на сегодняшний день, по сути, являются ВРПЭМ с атомным разрешением.
В настоящее время, мы все еще боремся за улучшение разрешения и последние достижения в исправлении сферических и хроматических аберраций (см. главы 6 и 37, соответственно) произвели революцию в области TEM. Среди преимуществ, коррекции сферических аберраций (которые, мы расскажем в далее, сокращенно Cs) и хроматических аберраций (сокращенно Cc) позволяют нам получать менее шумные изображения с атомным разрешением. Фильтрацией электронов с различными длинами волн мы можем также можем получать лучшее изображение толстых образцов. Сочетание IVEM и Cs коррекции подтолкнуло ПЭМ к разрешению изображения до уровня значительно ниже 0,1 нм (A*). Сегодня та точка, которая была достигнута, как путь для увеличения разрешения теперь уже не имеет первостепенное значение, и TEM будет развиваться более конструктивно другими способами. Как было сказано ранее, разработка в Cs коррекции являются, пожалуй, самым захватывающим шагом вперед в ПЭМ за последние несколько десятилетий. На рисунке 1.2B и C показана разница в типичном изображения с атомным разрешением с корекцией (С) и без коррекции Cs (В).
Стоит отметить, после превозношения достоинств коррекции Cs, что большинство TEM изображений записывающихся при таких увеличениях, где такая коррекция не дает никаких заметных различий. Большинство ПЭМ образцов не являются достаточно тонкими для получения выгоды от Cs коррекции, и это практически никак не сказывается на разрешении изображения. Для более толстых образцов Cc коррекция с помощью энергитической фильтрации является гораздо более полезной.
1.2.3 Взаимодействие электронов с веществом
Электроны являются одним из видов ионизирующего излучения, которое является общим термином, для излучения которое способно смещать тесно связаные, электроны внутренних оболочек из поля ядра, передавая им часть своей энергии отдельным атомам в образце.
Одним из преимуществ использования ионизирующего излучения является то, что оно производит широкий спектр вторичных сигналов от образца и некоторые из них приведены на рисунке 1.3. Многие из этих сигналов используются в аналитической электронной микроскопии (AEM), что дает нам информации о химических и много других подробностей о наших образцах.
