Реферат - Дифракційний контраст.
Химия

Реферат — Дифракційний контраст.


Завантажити реферат: Дифракційний контраст

Зміст реферату

1. Введення

2. Амплітудний контраст

2.1 Контраст щільності та товщини

2.2 Z-контраст

3. Фазовий контраст

3.1 Контраст кристалічних ґрат

3.2 Контраст муару

3.3 Френелівський контраст

3.4 Контраст стінок доменів

4. Висновок

5. Список літератури

1. Введення

Основними завданнями електронної мікроскопії, що просвічує, в дослідженнях металів і металевих матеріалів є:

Аналіз елементарних дефектів кристалічної будови (дислокацій, дислокаційних петель та дефектів упаковки у щільноупакованих структурах), а також складних дефектів та дефектів об’ємного характеру.

Аналіз частинок, що виділяються в гетерогенних сплавах, і різних включень (у тому числі газових бульбашок і порожнин) у матеріалах, підданих, наприклад, старінню, опроміненню, дифузійному відпалу. У всіх застосуваннях дифракційної мікроскопії дуже важливим є зіставлення картин дифракції з мікрофотографіями. У картинах дифракції особливий інтерес становлять ефекти дифузного розсіювання, саме з ними можуть бути пов’язані ефекти розмаїття на мікрофотографіях; рефлекси та інші особливості дифракційної картини порівнюють із елементами мікроструктури за допомогою темнопольних фотографій.

Серед завдань дифракційної електронної мікроскопії слід виділити аналіз доменної структури феромагнетиків та сегнетоелектриків.

Контраст (C) визначається як різниця в інтенсивності (∆I) між двома сусідніми областями:

З = (I1-I2)/I2 = ∆I/I2.

Контраст поділяється на дві основні категорії — амплітудний та фазовий.

2. Амплітудний контраст

Амплітудний контраст, пов’язаний з варіацією щільності та/або товщини, обумовлений некогерентним (резерфордівським) розсіюванням електронів, переріз якого залежить від Z атома, а повна інтенсивність — від щільності речовини і товщини зразка. Перетин сильно спрямоване вперед і в межах <5° визначає контраст товщини і щільності. У цьому кутовому діапазоні є також вклад дифракційного механізму. Інтенсивність в області кутів > 5° дуже низька і повністю визначається некогерентним розсіюванням, який залежить тільки від Z. Цю область називають областю Z-контрасту.

2.1 Контраст щільності та товщини

На рис.1 показані зображення частинок латексу на вуглецевій плівці. Вважаючи, що латекс в основному вуглець, зразок однорідний Z, але неоднорідний по товщині t. Тому частинки латексу темніші у прямому пучку, ніж оточуюча плівка, рис.1, проте форма залишається невідомою.

Рис.1

Реферат - Дифракційний контраст.

За допомогою напилення тонкого шару металу (Au, Au-Pd) під деяким кутом до поверхні створюється ефект затінення, який у ПЕМ за рахунок контрасту маси (або щільності, а точніше за рахунок відмінності в Z) дозволяє виявити сферичну форму частинок, що найвиразніше виявляється при інвертуванні зображення (рис.1).

Контраст густини та товщини є основним для аморфних, зокрема, полімерних об’єктів. Метод реплік у ПЕМ також ґрунтується на контрасті товщини. У методі реплік відтворюється топографія поверхні об’єкта, наприклад крихкого або зразка, що руйнується. Як матеріал репліки використовується зазвичай аморфний вуглець. Репліка може бути без затінення (рис.2 а). Однак затінення металом під малим кутом різко збільшує масовий (щілісний) контраст і, як наслідок, топографічний контраст (рис.2 б). Метод екстракційної репліки також заснований на контрасті щільності та товщини (рис.2 в).

Реферат - Дифракційний контраст.

Мал. 2

2.2 Z-контраст

Назва Z-контрасту було дано за високороздільною методикою виявлення індивідуальних кластерів на кристалічній підкладці Al2O3. На рис.3 показано відповідне зображення та схема спостереження. Реєстрація зображення була в режимі СПЕМ з джерелом АЕП і круговим детектором темнопольним висококутовим круговим темнопольним детектором (рис.3 б). Як видно, крім яскравих точок, зумовлених Z-контрастом, на зображенні присутній дифракційний контраст від кристалічної матриці Al2O3, небажаним фоном.

Рис.3

Реферат - Дифракційний контраст.

3. Фазовий контраст

Ми бачимо фазовий контраст щоразу, коли у зображення дає вклад не один, а більше пучків. Фазовий контраст з’являється як результат присутності різниці у фазі електронних хвиль, що виходять. Так як ця різниця дуже чутлива до невеликих змін у багатьох факторах (товщина, структура, склад зразка, фокус, астигматизм) в оптичній системі мікроскопа, це створює певні труднощі в інтерпретації і може призводити до помилкових висновків.

3.1 Контраст кристалічних ґрат

Двовимірне зображення з високою роздільною здатністю (ВРПЕМ) кристалічної решітки є класичним прикладом фазового розмаїття. На рис.4 наведено ВРПЕМ зображення Si(а) з проекцією Si-структури(б) та контуром використаної апертури(в).

Рис.4

Реферат - Дифракційний контраст.

На Рис.1 (а) видно обриси, що нагадують гантелеподібні зв’язки між атомами кремнію, розташованих у проекції на відстані 0.14нм один від одного. У використаній апертурі було 13 рефлексів (в). На зображенні відстань у «гантелі» відповідає 1.3 нм і таким чином виходить, що відстань в «гантелі» відповідала площин (004), які, однак, не брали участь у формуванні зображення. Проблема полягає ще й у тому, що точковий дозвіл у ПЕМ становив лише ~2.5 нм. Пояснюється це тим, що «гантелі» у зображенні пов’язані з накладенням смуг, що перетинаються.

3.2 Контраст муару

Контраст муара виникає з допомогою інтерференції структур із близькими періодами решіток. Є два типи муара, трансляційний та ротаційний, які ілюструються рис. 5.

Реферат - Дифракційний контраст.

Рис.5

У трансляційному муарі (а) площині з близькими періодами паралельні, отже, g1 і g2 теж паралельні. Накладення двох векторів у зворотному просторі дає результуючий вектор.

Зв’язок g-векторів у трансляційному та ротаційному муарі:

Реферат - Дифракційний контраст.

Муар є результатом інтерференції двох систем площин і не обов’язково, щоб відповідні кристали були у контакті. Якщо у верхньому кристалі збуджується пучок g1, а нижньому — g2, то кожен промінь g1 в нижньому кристалі веде себе як пучок і викликає відповідні для другого кристала рефлекси.

3.3 Френелівський контраст

Контраст, пов’язаний із дефокусованим зображенням, називають френелівським. Найпростіша ілюстрація френелівського розмаїття наведено на рис. 6 де тонкий дріт (<=1мкм) введена на оптичну вісь на шляху пучка. На дріт подається невеликий потенціал (10в). Електронний пучок розщеплюється як світло в оптичній призмі і відхиляється в електростатичному полі. Створюється два віртуальні когерентні джерела, s1 і s2, і на фотопластинці з'являються інтерференційні лінії. Це схема біпризми Френеля.

Рис.6

Реферат - Дифракційний контраст.

3.4 Контраст стінок доменів

У магнітних матеріалах на електрон пучка діє сила Лоренца F = (e/c)[vB]. Зміна напрямку вектора намагніченості B призводить до зміни напрямку Лоренцової сили. Як показано на рис. 7 електрони, що проходять через плівку в сусідніх магнітних доменах, відхиляються в різні сторони, що призводить або до згущення, або до ослаблення інтенсивності на екрані. Цей простий принцип лежить в основі лоренцевської електронної мікроскопії, що просвічує (ЛПЕМ).

Зображення доменної стінки має вигляд паралельних темних і світлих інтерференційних ліній, що чергуються (рис. 8). Контраст виникає у дефокусованому зображенні, причому знак контрасту змінюється при зміні знака дефокусування.

мал.7 мал.8

Реферат - Дифракційний контраст.

Реферат - Дифракційний контраст.

4. Висновок

Насправді людське око неспроможна відрізнити зміни у інтенсивності менш як 5-10%. Таким чином, контраст на екрані або фотопластині повинен бути не менше ніж 5-10%. При реєстрації за допомогою електронних засобів цю межу можна легко подолати. Формування та спостереження зображень невіддільне від спостереження дифракції — перш ніж переходити до зображення дивляться дифракцію, оскільки вона свідчить про кристалографічну структуру зразка. Насправді постійно доводиться переходити між режимами зображення та дифракції. Залежно від структурних особливостей вибирають або прямий, або дифрагований пучок на формування зображення, тобто. або світлопідлоговий (BF), або темнопольний (DF) режими. Це два основних режими зображень у ПЕМ, що відрізняються, у тому числі, і протилежним контрастом.

Отримання контрастних зображень, що виділяють досліджувані особливості, є одним з основних завдань мікроскопії.

5. Список літератури

1. «Електронна мікроскопія» Н. Г. Чеченін на сайті «Ядерна фізика в Інтернеті» http://danp.sinp.msu.ru

2. «Кристалографія, рентгенографія та електронна мікроскопія.» Я.С. Усманський, Ю.А. Скаков, О.М. Іванов, Л.М. Расторгуєв «Металургія» М., 1990р.

© Реферат плюс



Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *