Кіріспе

Электрондық микроскопия әдісі

Анулярлы қара өрісті бейнелеу – сканерлік трансмиссиялық электрондық микроскопта (STEM) үлгілерді карталау әдісі. Бұл бейнелер шашыраңқы электрондарды сақина тәрізді қара өріс детекторымен жинау арқылы түзіледі. Дәстүрлі TEM қара өрісті бейнелеуде тек шашыраған электрондарды жинау үшін объективтік апертура қолданылады. Ал STEM қара өрісті бейнелеу шашыраған электрондарды негізгі сәуледен ажырату үшін апертура қолданбайды, керісінше, шашыраған электрондарды ғана жинау үшін сақиналы детекторды пайдаланады. Осылайша, дәстүрлі қара өрісті бейнелеу мен STEM қара өрісті бейнелеу арасындағы контраст механизмдері әртүрлі болады. Анулярлы қара өріс детекторы сәуленің айналасындағы сақинадан электрондарды жинап алады, бұл объективтік апертурадан өте алатын электрондардан әлдеқайда көп шашыраңқы электрондарды қамтиды. Бұл сигналды жинау тиімділігін арттырады және негізгі сәулені электронды энергия жоғалту спектроскопиясы (EELS) детекторға өткізуге мүмкіндік береді, соның нәтижесінде екі түрлі өлшемді бір уақытта жүргізуге болады. Анулярлы қара өрісті бейнелеу энергияны дисперсиялық рентген спектроскопиясымен бірге және жарық өрісті (STEM) бейнелеумен бірге жиі қолданылады.

HAADF

Жоғары бұрышты сақиналы қара өрісті бейнелеу (HAADF) – Брэгг шашыраған электрондарға қарағанда, атом ядросынан шашыраған, өте жоғары бұрышты, байланыссыз шашыраған электрондар арқылы қалыптасқан сақиналы қара өрісті бейне түсіретін STEM әдісі. Бұл техника сынамадағы атомдардың атомдық санының өзгеруіне өте сезімтал (Z контрасты бейнелер). Жоғары Z элементтері үшін, ядро мен электронды сәуле арасындағы күшті электростатикалық өзара әрекеттесуге байланысты, электрондар жоғары бұрыштарда көбірек шашырайды. Осы себепті HAADF детекторы жоғары Z элементтерінен күшті сигналды анықтайды, нәтижесінде олар түсірілген бейнеде ақшыл болып көрінеді. Z-ге күшті байланыстылығы (контраст шамамен Z²-ге пропорционалды) HAADF-ты төмен Z материалдар матрицасындағы жоғары Z элементтерінің шағын аймақтарын оңай анықтауға мүмкіндік береді. Осыған байланысты, HAADF гетерогенді катализ зерттеулерінде кеңінен қолданылады, себебі металл бөлшектерінің мөлшерін және олардың таралуын анықтау өте маңызды.

Қаулы

HAADF STEM-дегі кескіннің ажыратымдылығы өте жоғары және бастысы электрондық зондтың мөлшерімен анықталады, ал бұл өз кезегінде объективті линзаның аберрацияларын, әсіресе сфералық аберрацияны түзету мүмкіндігіне байланысты. Жоғары ажыратымдылық, кері шашылған электрондарды (BSE) анықтауға қарағанда артықшылық береді, олар да төмен Z материалының матрицасында жоғары Z материалының болуын анықтау үшін қолданылуы мүмкін.

Микроскоптың ерекшеліктері

HAADF бейнелеуде әдетте >5° бұрышта шашыраған электрондар қолданылады (Ратфорд шашыраған электрондар). TEM/STEM-де бейнелеу үшін ең жақсы HAADF бейнелеуін үлкен максималды дифракциялық бұрышы және кішкентай минималды камералық ұзындығы бар TEM/STEM жүйелері қамтамасыз етеді. Бұл екі фактордың да арқасында Брэгг және Ратфорд шашыраған электрондарының арасындағы айырма көбейеді. Көптеген кристалликалық материалдар сияқты, жоғары бұрыштарда Брэгг шашырауын көрсететін материалдарды ескеру үшін үлкен максималды дифракциялық бұрыш қажет. Жоғары максималды дифракциялық бұрыш Брэгг және Ратфорд шашыраған электрондарының жақсы ажыратылуын қамтамасыз етеді, сондықтан HAADF қолдану үшін микроскоптың максималды дифракциялық бұрышы мүмкіндігінше үлкен болуы маңызды. Ратфорд шашыраған электрондарының детекторға тиюі үшін кішкентай камералық ұзындық керек, сонымен қатар Брэгг шашыраған электрондарының анықталуын болдырмау қажет. Кішкентай камералық ұзындық Брэгг шашыраған электрондарының көп бөлігінің өткізілген электрондармен бірге жарық өріс детекторына түсуіне себеп болады, ал тек жоғары бұрышта шашыраған электрондар ғана қара өріс детекторына түседі.