2.12 Электронная дифракция

Мы уже упоминали несколько раз, что ПЭМ уникально подходит, для того, чтобы воспользоваться рассеянием электронов, поскольку он может сформировать картину распределение рассеянных электронов, которые мы обсудим в части далее более детально. Чтобы полностью понять, как дифракционная картина формируется в ПЭМ, вы должны рассмотреть, как электронные линз работу, а затем показать, как мы объединяем несколько линз для создания системы ПЭМ изображений. Но прежде чем эти понятия будут объяснены, стоит просто показать некоторые из многих видов дифракционных картин, который могут быть сформированы в ПЭМ. На данном этапе все, что вам нужно сделать, это представить, что фотографическая пленка помещается непосредственно после тонкого образца и электроны, рассеянные образцом как показано на рисунке 2.1Б падают непосредственно на пленку. В этих условиях, тем больше угол рассеяния, тем дальше от центра электроны попадают на пленку.

Рисунок 2.12. Определение основных углов (т. е. полу-углов) в ПЭМ. Любой угол схождения падающего пучка - α; любой угол сбора - β и общий угол рассеяния - θ. Все углы измеряются от оптической оси, воображаемой линией вдоль ПЭМ колонны.


Даже с помощью этого простого описания, можно понять некоторые основные черты дифракционных картин. На рисунке 2.13 представлены нескольких видов дифракционных картин, которые часто получают в ПЭМ. Вы видите, что несколько пунктов мы уже составили около рассеяния интуитивно понятным в шаблонах. Во-первых, наибольшая интенсивность находится в прямом пучке, в центре картины, которая означает, что большинство электронов, по всей видимости, проходило прямо через образец. Во-вторых, интенсивность рассеянных электронов уменьшается с ростом θ (увеличением расстояния от прямого луча), который отражает уменьшение сечения рассеяния с ростом θ.
В-третьих, интенсивность рассеяния сильно зависит от структуры образца.


Рисунок 2.13 Несколько видов дифракционных картин получаемых на различных материалах, в обычной 100-кВ ПЭМ: (A) аморфный углерод, (B), Al монокристалл, (C) поликристаллический Au, (D) Si освещаемый сходящимся пучком электронов. Во всех случаях яркое интенсивное пятно в центре рисунка является следом прямого пучка электронов, рассеянные пучки составляет пятна или кольца, которые появляются вокруг прямого луча.


До сих пор мы рассматривали только амплитуду (интенсивность) волн и пренебрегали фазой. Когда волна рассеиваются, они изменяют свою фазу по отношению к падающей волне. Это происходит потому, что волна не может изменить свое направление и оставаться в фазе с волной, которая не рассеялась. Фаза рассеянной волны является самым важным в изображениях с фазовым контрастом, которые до недавнего времени были основной формой высокого разрешения, изображений на атомном уровне, таких как показано на рисунке 1.2. Мы также сталкиваемся важность фазы рассеянной волны, когда мы рассматриваем интенсивности дифрагированных пучков электронов и интенсивности в изображениях с дифракционным контрастом. Но на данном этапе все, что необходимо знать, это то, что электроны в пучке находятся в фазе, когда они попадают на образец, а процесс рассеяния, в любой форме, приводит к потере фазы между рассеянным и прямым лучами.