Elektronová holografie - Electron holography

Elektronová holografie je holografie s elektronovými vlnami. Dennis Gabor vynalezl holografii v roce 1948[1] když se pokusil zlepšit rozlišení v elektronovém mikroskopu. První pokusy o provedení holografie s elektronovými vlnami provedli Haine a Mulvey v roce 1952;[2] zaznamenali hologramy krystalů oxidu zinečnatého s elektrony 60 keV, což ukazuje rekonstrukce s rozlišením přibližně 1 nm. V roce 1955 G. Möllenstedt a H. Düker[3] vynalezl elektronový biprismus. což umožňuje záznam elektronových hologramů v mimosovém schématu. Existuje mnoho různých možných konfigurací pro elektronovou holografii, přičemž více než 20 dokumentoval v roce 1992 Cowley.[4] K provádění holografických měření je obvykle zapotřebí vysoká prostorová a časová koherence (tj. Nízké šíření energie) elektronového paprsku.

Vysokoenergetická elektronová holografie v mimosovém schématu

Elektronovou holografii s vysokoenergetickými elektrony (80-200 keV) lze realizovat v a transmisní elektronový mikroskop (TEM) v režimu mimo osu. Elektronový paprsek je rozdělen na dvě části velmi tenkým kladně nabitým drátem. Kladné napětí vychyluje elektronové vlny tak, aby se překrývaly a vytvářely interferenční obrazec stejně vzdálených proužků.

Ilustrace mimosové elektronové holografie v transmisním elektronovém mikroskopu.

Rekonstrukce mimoosých hologramů se provádí numericky a skládá se ze dvou matematických transformací.[5] Nejprve, a Fourierova transformace z hologram se provádí. Výsledný komplexní obraz se skládá z autokorelace (středové pásmo) a dvou vzájemně konjugovaných postranních pásem. Pouze jeden postranní pás je vybrán použitím nízkoprůchodového filtru (kulatá maska) se středem na zvoleném postranním pásmu. Střední pásmo a dvojité boční pásmo jsou nastaveny na nulu. Dále je vybrané boční pásmo přemístěno do středu komplexního obrazu a je použita zpětná Fourierova transformace. Výsledný obraz v doméně objektu má komplexní hodnotu, a tak se rekonstruuje amplitudové a fázové rozdělení funkce objektu.

Elektronová holografie v in-line schématu

Originální holografické schéma Dennise Gabora je inline schéma, což znamená, že referenční a objektová vlna sdílejí stejnou optickou osu. Toto schéma se také nazývá holografie bodové projekce. Objekt je umístěn do divergentního elektronového paprsku, část vlny je rozptýlena objektem (vlna objektu) a interferuje s nerušenou vlnou (referenční vlnou) v rovině detektoru. Prostorová koherence v in-line schématu je definována velikostí zdroje elektronů. Holografii s nízkoenergetickými elektrony (50 - 1 000 eV) lze realizovat v in-line schématu.[6]

Schéma inline elektronové holografie.

Elektromagnetické pole

Je důležité chránit interferometrický systém před elektromagnetickými poli, protože mohou vyvolat nežádoucí fázové posuny v důsledku Aharonov – Bohmův efekt. Statické pole bude mít za následek pevný posun interferenčního obrazce. Je jasné, že každá součást a vzorek musí být řádně uzemněny a chráněny před vnějším hlukem.

Aplikace

Na tomto obrázku je vidět elektronový hologram latexové koule na uhlíkovém povlaku se zlatými částicemi (černé tečky), ve spodní části obrazu je vakuum. Biprism je přibližně nad vakuovou hranou; rovnoběžně s touto hranou je možné vidět fázové roviny interferogramu, který je součástí obrazu a ze kterého lze extrahovat fázové informace.

Elektronová holografie se běžně používá ke studiu elektrických a magnetických polí v tenkých vrstvách,[7][8] protože magnetické a elektrické pole může posunout fázi interferující vlny procházející vzorkem.[9]

Lze také použít princip elektronové holografie interferenční litografie.[10]

Reference

  1. ^ Gabor, D. (1948). „Nový mikroskopický princip“. Příroda. Springer Science and Business Media LLC. 161 (4098): 777–778. doi:10.1038 / 161777a0. ISSN  0028-0836.
  2. ^ Haine, M. E.; Mulvey, T. (10.2.1952). "Tvorba difrakčního obrazu s elektrony v Gaborově difrakčním mikroskopu". Journal of the Optical Society of America. Optická společnost. 42 (10): 763. doi:10,1364 / josa.42 000763. ISSN  0030-3941.
  3. ^ Möllenstedt, G .; Düker, H. (1956). „Beobachtungen und Messungen an Biprisma-Interferenzen mit Elektronenwellen“. Zeitschrift für Physik (v němčině). Springer Science and Business Media LLC. 145 (3): 377–397. doi:10.1007 / bf01326780. ISSN  1434-6001.
  4. ^ Cowley, J. M. (1992). "Dvacet forem elektronové holografie". Ultramikroskopie. Elsevier BV. 41 (4): 335–348. doi:10.1016/0304-3991(92)90213-4. ISSN  0304-3991.
  5. ^ Lehmann, Michael; Lichte, Hannes (2002). "Výukový program pro elektronovou holografii mimo osu". Mikroskopie a mikroanalýza. Cambridge University Press (CUP). 8 (6): 447–466. doi:10.1017 / s1431927602020147. ISSN  1431-9276.
  6. ^ Fink, Hans-Werner; Stocker, Werner; Schmid, Heinz (03.09.1990). "Holografie s nízkoenergetickými elektrony". Dopisy o fyzické kontrole. Americká fyzická společnost (APS). 65 (10): 1204–1206. CiteSeerX  10.1.1.370.7590. doi:10.1103 / fyzrevlett.65.1204. ISSN  0031-9007.
  7. ^ Lichte, Hannes (1986). "Elektronová holografie se blíží atomovému rozlišení". Ultramikroskopie. Elsevier BV. 20 (3): 293–304. doi:10.1016/0304-3991(86)90193-2. ISSN  0304-3991.
  8. ^ Tonomura, Akira (01.07.1987). "Aplikace elektronové holografie". Recenze moderní fyziky. Americká fyzická společnost (APS). 59 (3): 639–669. doi:10.1103 / revmodphys.59.639. ISSN  0034-6861.
  9. ^ R. E. Dunin-Borkowski a kol., Micros. Res. a Tech. 64, 390 (2004).
  10. ^ Ogai, Keiko; Matsui, Shinji; Kimura, Yoshihide; Shimizu, Ryuichi (1993-12-30). "Přístup k nanolitografii využívající elektronovou holografii". Japonský žurnál aplikované fyziky. Japonská společnost aplikované fyziky. 32 (Část 1, č. 12B): 5988–5992. doi:10.1143 / jjap.32.5988. ISSN  0021-4922.