Image contrast and interpretationTh

Image contrast and interpretation
The contrast of a HRTEM image arises from the interference in the image plane of the electron wave with itself. Due to our inability to record the phase of an electron wave, only the amplitude in the image plane is recorded. However, a large part of the structure information of the sample is contained in the phase of the electron wave. In order to detect it, the aberrations of the microscope (like defocus) have to be tuned in a way that converts the phase of the wave at the specimen exit plane into amplitudes in the image plane.

The interaction of the electron wave with the crystallographic structure of the sample is complex, but a qualitative idea of the interaction can readily be obtained. Each imaging electron interacts independently with the sample. Above the sample, the wave of an electron can be approximated as a plane wave incident on the sample surface. As it penetrates the sample, it is attracted by the positive atomic potentials of the atom cores, and channels along the atom columns of the crystallographic lattice (s-state model[4]). At the same time, the interaction between the electron wave in different atom columns leads to Bragg diffraction. The exact description of dynamical scattering of electrons in a sample not satisfying the weak phase object approximation (WPOA), which is almost all real samples, still remains the holy grail of electron microscopy. However, the physics of electron scattering and electron microscope image formation are sufficiently well known to allow accurate simulation of electron microscope images.[5]

As a result of the interaction with a crystalline sample, the electron exit wave right below the sample φe(x,u) as a function of the spatial coordinate x is a superposition of a plane wave and a multitude of diffracted beams with different in plane spatial frequencies u (spatial frequencies correspond to scattering angles, or distances of rays from the optical axis in a diffraction plane). The phase change φe(x,u) relative to the incident wave peaks at the location of the atom columns. The exit wave now passes through the imaging system of the microscope where it undergoes further phase change and interferes as the image wave in the imaging plane (mostly a digital pixel detector like a CCD camera). It is important to realize, that the recorded image is NOT a direct representation of the samples crystallographic structure. For instance, high intensity might or might not indicate the presence of an atom column in that precise location (see simulation). The relationship between the exit wave and the image wave is a highly nonlinear one and is a function of the aberrations of the microscope. It is described by the contrast transfer function.

Kết quả (Việt) 2:

Tương phản hình ảnh và giải thích
sự tương phản của hình ảnh HRTEM phát sinh từ sự giao thoa trong mặt phẳng ảnh của sóng electron với chính nó. Do không có khả năng của chúng tôi để ghi lại các giai đoạn của một sóng điện tử, chỉ có biên độ trong mặt phẳng hình ảnh được ghi lại. Tuy nhiên, một phần lớn của các cấu trúc thông tin của mẫu được chứa trong các pha của sóng electron. Để phát hiện ra nó, các quang sai của kính hiển vi (như defocus) phải được điều chỉnh một cách có thể chuyển đổi các pha của sóng lúc máy bay xuất cảnh mẫu vật vào biên độ trong mặt phẳng ảnh. Sự tương tác của sóng điện tử với các tinh thể cấu trúc của mẫu này là phức tạp, nhưng một ý tưởng về chất lượng của các tương tác có thể dễ dàng có được. Mỗi electron tương tác hình ảnh độc lập với mẫu. Trên mẫu, làn sóng của một electron có thể được xấp xỉ như một sự cố máy bay sóng trên bề mặt mẫu. Khi nó thâm nhập vào mẫu, nó được thu hút bởi tiềm năng nguyên tử tích cực của các lõi nguyên tử, và các kênh dọc theo cột nguyên tử của mạng tinh thể (mô hình của nhà nước [4]). Đồng thời, sự tương tác giữa các sóng electron trong nguyên tử khác nhau cột dẫn đến Bragg nhiễu xạ. Các mô tả chính xác của sự tán xạ động học của các electron trong một mẫu không đáp ứng được các đối tượng yếu giai đoạn xấp xỉ (WPOA), mà là gần như tất cả các mẫu thực tế, vẫn là Chén thánh của kính hiển vi điện tử. Tuy nhiên, tính chất vật lý của sự tán xạ electron và electron hình ảnh kính hiển vi được đủ nổi tiếng để cho phép mô phỏng chính xác của hình ảnh hiển vi điện tử. [5] Như một kết quả của sự tương tác với một mẫu tinh thể, làn sóng thoát electron dưới đây đúng φe mẫu (x , u) là một chức năng của không gian tọa độ x là một sự chồng chất của một sóng phẳng và vô số các tia nhiễu xạ với nhau trong mặt phẳng tần số không gian u (tần số không gian tương ứng với tán xạ góc độ, hoặc khoảng cách của các tia từ trục quang học trong một nhiễu xạ máy bay). Sự thay đổi pha φe (x, u) so với đỉnh sóng tới tại vị trí của các cột nguyên tử. Làn sóng thoát ra vào lúc đi qua hệ thống hình ảnh của kính hiển vi mà nó trải qua giai đoạn thay đổi hơn nữa và gây trở ngại như các sóng hình ảnh trong mặt phẳng ảnh (chủ yếu là một điểm ảnh dò kỹ thuật số như một máy ảnh CCD). Điều quan trọng là nhận ra, rằng hình ảnh được ghi lại là không một đại diện trực tiếp của các mẫu cấu trúc tinh thể. Ví dụ, cường độ cao có thể hoặc có thể không thấy sự hiện diện của một cột nguyên tử trong đó vị trí chính xác (xem mô phỏng). Mối quan hệ giữa sóng lối ra và sóng hình ảnh là một trong những cao phi tuyến và là một chức năng của quang sai của kính hiển vi. Nó được mô tả bởi hàm truyền tương phản.