2.1 Почему мы заинтересованы в рассеянии электронов?
Нам необходимо знать о том, как рассеиваются электроны потому, что это является одним из фундаментальных принципов, заложенных в основу электронной микроскопии (не только ПЭМ). Для того, чтобы увидеть объект в видимом свете, он должен каким либо образом провзаимодействовать с ним, обычно посредством отражения либо преломления, которые являются примерами рассеяния видимого света. Таким же образом, в просвечивающей электронной микроскопии, мы не сможем увидеть объект, если пока электроны не пройдут его и испытают каким-либо образом рассеяние на этом образце. Таким образом, нерассеивающие объекты в ПЭМ, являются невидимыми и «невидимость» - это важный критерий в отношении изображений получаемых в ПЭМ. В ПЭМ мы обычно заинтересованы в электронах, отклоняемых на небольшие углы от направления падающего пучка, потому, что ПЭМ устроен таким образом, что мы собираем в первую очередь эти электроны, и они также дают нам информацию, которую мы стремимся получить - о внутренней структуре и химическом отаве образца. Другие формы рассеяния, такие как электроны, рассеянные на большие углы (например, отраженные электроны) и электроны, выбитые из образца (например, вторичные электроны), также представляют интерес, и мы не будем полностью игнорировать их (хотя они имеют гораздо больше значение в СЭМ, где они обеспечивают композиционный и топографический контрасты, соответственно. В этом разделе будут обсуждаться фундаментальные идеи рассеяния электроном; далее мы обсудим две принципиальные формы рассеяния – упругое и неупругое. Обе этих формы рассеяния могут быть полезны для нас. В ПЭМ, мы освещаем тонкий образец широким пучком, в котором интенсивность однородна по освещаемой площади. Мы часто называем падающие и рассеянные электроны пучками электронов, так как мы имеем дело со многими электронами, а не отдельными электронами, эти электроны обычно приурочены к четко определенным путям в микроскопе. Таким образом, электроны, которые попали на образец, часто называют падающим пучком, а те которые были рассеяны образцом, называются рассеянными (а иногда, в частности, дифрагированными) пучками. Электроны проходящие сквозь тонкий образец можно разделить на те, которые не испытывают углового отклонения, и те , которые отклоняются на измеримые углы. Мы называем неотклоненные электроны «прямым пучком» (в отличие от большинства текстов, которые описывают это как «прошедший луч», несмотря на то, что все электроны, прошедшие сквозь образец, являются «прошедшими». Поскольку электроны движутся через образец, они могут быть рассеяны посредством различных процессов или могут оставаться нерассеянными. В конечном итоге, мы имеем неравномерное распределение электронов, выходящих из нижней поверхности образца, как схематически показано на рисунке 2.1. Именно в этой неравномерности распределения содержится вся информация о структуре, химическом составе и различная другая информация о наших образцах. Так что все, что мы узнаем о наших образцах с помощью ПЭМ, может быть отнесены к той или иной форме электронного рассеяния.
ПЭМ построен таким образом, чтобы отобразить эту неравномерность распределения электронов двумя разными способами. Первый, пространственное распределение (рис. 2.1А) рассеяния, можно наблюдать, как контрастность в изображении образца, а угловое распределение рассеяния (рис. 2.1Б) можно увидеть в виде картины рассеяния, обычно называемой дифракционной картины. Простой (и самый основной) процедурой при работе на ПЭМ является использование ограничивающих диафрагм или электронных детекторов, такого размера, что они выбирают только электроны, которые рассеялись больше или меньше определенного углового отклонения. Таким образом, у оператора есть возможность выбрать, какие электроны он хочет использовать, и таким образом он может контролировать, какая информация будет отображаться. Поэтому, для интерпретации этих изображений, необходимо понимать, что заставляет электроны рассеиваться в первую очередь. То же верно и для дифракционной картины, поскольку можно также управлять (в меньшей степени) и угловым распределением рассеяния, например, путем наклона образца.
