НИТУ 'МИСиС' Минобрнауки РФ TOKYO BOEKI База данных по материаловедению. Материалы XXI века
База данных по материаловедению. Материалы XXI века

1. Введение в просвечивающую электронную микроскопию

Дислокации появляются в начале и конце образца, но на самом деле они образуют как бы "стежки" на своем пути через образец от верхней к нижней поверхности, и они остаются в фокусе все время. Более того, вы можете записать окончательное изображение на разных расстояниях от финальной линзы прибора, и оно все равно, будет оставаться в фокусе (хотя увеличение изменится). Если сравнить эти свойства со световой микроскопией, где, даже в случае, если поверхность вашего образца плоская, в пределах длины волны света, то совершенно не обязательно, что вся поверхность будет в фокусе одновременно. Этот аспект ПЭМ дает нам как преимущества, так и недостатки по сравнению со световой микроскопией. Однако следует отметить, что в случае использования микроскопа с Cs корректором, эти преимущества могут нивелироваться, поскольку использование Cs корректора позволяет использовать большие апертуры без ухудшения разрешение объектива. Но с точки зрения улучшения глубины фокуса и глубины резкости предпочтительнее использование малых апертур. Тем не менее, при использовании Cs корректора, исследуемый образец должен быть настолько тонким, что должен оставаться в фокусе во всех случаях, за исключением каких-либо экстремальных.

1.2.5 Дифракция

Как уже отмечалось выше, Thompson, Reid, Davisson и Germer независимо друг от друга показали, что электроны могут дифрагировать при прохождении тонкого кристалла никеля. Появление первой электронной дифракции в ПЭМ было реализовано Kossel и Mollenstedt в 1939 году. Сегодня, электронная дифракция является неотъемлемой частью ПЭМ и вероятно является наиболее полезным аспектом для материаловедов и нанотехнологов для которых кристаллическкая структура (или кристаллические дефекты) являются важнейшей характеристикой для контроля и изучения свойств материалов. На рисунке 1.6 показана дифракционная картина полученная в ПЭМ, содержащая в себе информацию о кристаллической структуре, периодах решетки и форме образца. Мы увидим, что картина дифракции всегда может быть отнесена к тому участку образца, накоторое попало падающее излучение. Так же мы покажем, что в дополнение к обычной дифракции в параллельном пучке электронов мы можем производить получать при сведении электронного пучка, дифракцию в сходящемся пучке по которой можем провести полный анализ кристаллической симметрии малого участка образца, включая такие аспекты как точечная группа и пространственная группы симметрии. Применение приборов с корректором аберраций позволяет получать лучшие картины дифракции, имеющие более острые рефлексы за счет уменьшения хроматической аберрации и с более маленьких участков образца (уменьшая сферическую аберрацию Cs). В световой микроскопии из-за того, что длина волны видимого света намного больше межатомного расстояния в веществе, кристаллическая структура материала не дает никакого вклада информации в дифракционную картину.

Рисунок 1.6 - Дифракционная картина, полученная в ПЭМ, от тонкой фольги Al-Li-Cu содержащей различные включения (показаны на изображении вверху слева). Центральное пятно (Х) содержит электроны прошедшие через фольгу без изменения направления, остальные точки и линии являются дифрагированными электронами, рассеянными различными кристаллическими плоскостями

Таким образом, с помощью ПЭМ можно получать изображение кристаллов с атомным разрешением, можно генерировать различные сигналы, позволяющие получать данные о химическом составе и кристаллической структуре образца, а так же можно получать изображение, которое находятся в фокусе по всей толщине образца. Есть много других важных причин, почему мы используем электронные микроскопы в своих работах. В то же время есть много причин, с которыми мы сталкиваемся при работе с ПЭМ, которые ограничивают наши возможности использования метода ПЭМ, и это самое важное - понимание, возможностей и ограничения в методе ПЭМ.