fungsi pemindahan fasa-kontras, PCTF

Apabila elektron melalui spesimen, gelombang elektron mengalami perubahan fasa disebabkan oleh potensi elektrostatik (indeks biasan) spesimen. Imej TEM mewakili perubahan kedudukan kuasa dua amplitud (intensiti) gelombang elektron yang melalui spesimen, tetapi perubahan fasa gelombang elektron tidak dapat diperhatikan (dikesan) dalam imej TEM. Oleh itu, dengan menukar perubahan fasa kepada perubahan amplitud, perubahan fasa boleh diperhatikan dalam imej TEM.
Fungsi pemindahan fasa-kontras (PCTF) ialah fungsi untuk menyatakan sejauh mana amplitud yang ditukar daripada perubahan fasa gelombang difraksi menyumbang (dipindahkan) kepada imej TEM. Perlu diingat bahawa PCTF hanya sah untuk pembentukan imej spesimen nipis di mana anjakan fasa gelombang terbeza adalah kecil (penghampiran objek fasa lemah) dan tiada serakan berganda berlaku, iaitu untuk spesimen dengan ketebalan kurang daripada ~ 10 nm.

Untuk spesimen nipis (objek fasa lemah) yang hanya mengubah sedikit fasa gelombang elektron, jika fasa gelombang terbeza ditukar kepada amplitud dengan melaraskan jumlah nyahfokus kanta objektif bergantung pada penyimpangan sfera kanta objektif , imej spesimen nipis dihasilkan.
PCTF dinyatakan sebagai fungsi frekuensi spatial q dengan pekali aberasi sfera C_S dan jumlah nyahfokus df sebagai parameter dalam persamaan berikut [1].

Di sini, λ ialah panjang gelombang elektron. Sebutan pertama dalam kurungan mewakili perubahan fasa gelombang difraksi akibat nyahfokus dan berkadar dengan kuasa dua frekuensi spatial. q. Sebutan kedua ialah perubahan fasa gelombang difraksi akibat penyimpangan sfera dan berkadar dengan kuasa keempat frekuensi ruang. q. Fungsi sinus bagi keseluruhan fasa berubah disebabkan oleh istilah ini ialah PCTF. PCTF mewakili sumbangan fasa gelombang difraksi kepada amplitud.

Jika perubahan fasa menghampiri π/2 atau -π/2, nilai PCTF menghampiri 1 atau -1. Kemudian, perubahan fasa yang disebabkan oleh spesimen ditukar dengan berkesan kepada amplitud dan imej spesimen yang lebih betul terbentuk. Imej ideal diperoleh jika PCTF ialah +1 atau -1 pada semua frekuensi ruang. Walau bagaimanapun, kerana istilah penyimpangan sfera dan istilah nyahfokus mempunyai susunan yang berbeza q, keadaan ideal sedemikian tidak boleh dibuat. Oleh itu, jika keadaan yang sesuai (keadaan fokus Scherzer) dipilih, di mana perubahan fasa adalah hampir kepada -π/2 yang mungkin dalam julat luas frekuensi spatial yang mungkin, nilai PCTF menjadi hampir kepada -1 dalam julat. . Hasilnya, objek fasa boleh diperhatikan sebagai imej TEM iaitu sebagai keamatan (persegi amplitud) gelombang yang dihantar melalui spesimen.

Rajah menunjukkan dua contoh PCTF. Paksi mendatar bermaksud kekerapan spatial dan paksi menegak untuk nilai PCTF. Rajah (a) menunjukkan PCTF untuk keadaan dalam fokus. Memandangkan julat frekuensi dengan nilai PCTF hampir kepada +1 adalah sempit, imej yang betul tidak boleh diperolehi. (Apabila nilai PCTF positif, tapak atom diimej cerah.) Rajah (b) menunjukkan PCTF untuk keadaan fokus Scherzer. Nilai PCTF adalah hampir kepada -1 dalam julat frekuensi yang luas. (Apabila nilai PCTF adalah negatif, tapak atom diimej gelap.) Salingan frekuensi di mana PCTF mula-mula melintasi paksi mendatar (sifar pertama) ditakrifkan sebagai resolusi imej struktur kristal. Pada frekuensi yang lebih tinggi daripada sifar pertama, nilai PCTF berayun teruk berbanding nilai positif dan negatif. Kemudian, sumbangan mereka membatalkan satu sama lain, iaitu, hampir tiada sumbangan kepada pembentukan imej melainkan pemprosesan pasca data dilakukan.
Untuk lebih tepat, PCTF harus didarabkan dengan fungsi sampul surat, yang mewakili kesan penyimpangan kromatik dan kesan lain yang menjadikan kesan gangguan lebih teruk dengan peningkatan kekerapan ruang.

Rajah. Contoh PCTF untuk voltan pecutan 200 kV dan pekali C_S = 0.5 mm.
(a) Dalam fokus (df = 0 nm), (b) Fokus Scherzer (df = -41 nm).
Dalam kes fokus Scherzer, julat frekuensi fasa (amplitud) gelombang terbeza yang menyumbang kepada imej adalah lebih luas dan frekuensi spatial sifar pertama adalah lebih tinggi daripada dalam kes fokus dalam. Kekerapan sifar pertama ialah 5.1 nm^-1, memberikan resolusi spatial 0.20 nm.

Rujukan

[1] David B. Williams dan C. Barry Carter, "Mikoskopi Elektron Penghantaran: Buku Teks untuk Sains Bahan", Springer.

Istilah Berkaitan