Электронды голография: толқынды бөлшектерді бейнелеу технологиясы. 1948 ж. Деннис Габор ойлап тапқан, электрон микроскопының ажыратымдылығын арттыруға бағытталған.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Электронды толқындардың голографиясы
Holography of electron waves
Электрондық голография – электрондық материя толқындарымен жасалатын голография. Оны 1948 жылы Денис Габор электронды микроскоптағы кескіннің шешілуін жақсартуға тырысқанда ойлап тапты. Электрондық толқындармен голография жасауға жасалған алғашқы әрекеттер 1952 жылы Хайн мен Малви жасады; олар 60 кВ электрондармен цинк оксиді кристалдарының голограммаларын жазды, шамамен 1 нм шешілуімен реконструкцияларды көрсетті. 1955 жылы Г. Мёленштедт пен Х. Дюкер электрондық бипризманы ойлап тапты, осылайша электрондық голограммаларды осьтен тыс схема бойынша жазуға мүмкіндік берді. Электрондық голографияның көптеген түрлі конфигурациялары бар, олардың 20-дан астамын 1992 жылы Коули сипаттаған. Әдетте, голографиялық өлшемдерді жүргізу үшін электронды сәуленің жоғары кеңістіктік және уақыттық когеренттілігі (яғни, төмен энергия таралуы) қажет.
Electron holography is holography with electron matter waves. It was invented by Dennis Gabor in 1948 when he tried to improve image resolution in electron microscope. The first attempts to perform holography with electron waves were made by Haine and Mulvey in 1952; they recorded holograms of zinc oxide crystals with 60 keV electrons, demonstrating reconstructions with approximately 1 nm resolution. In 1955, G. Möllenstedt and H. Düker invented an electron biprism, thus enabling the recording of electron holograms in off axis scheme. There are many different possible configurations for electron holography, with more than 20 documented in 1992 by Cowley. Usually, high spatial and temporal coherence (i. e. a low energy spread) of the electron beam are required to perform holographic measurements.
Одан тыс схемадағы жоғары энергиялы электронды голография
Жоғары энергиялы (80-200 кВ) электрондарды қолданатын электрондық голография, трансмиссиялық электрондық микроскопта (TEM) осьтен тыс схема арқылы жүзеге асырылуы мүмкін. Электрондық сәуле өте жіңішке, оң зарядталған сым арқылы екіге бөлінеді. Оң кернеу электрондық толқындарды бұрып, олардың қабаттасуына және бір-бірінен тең қашықтықта орналасқан жолақтардан тұратын интерференциялық суреттің пайда болуына мүмкіндік береді. Осьтен тыс голограммаларды қайта құру сандық түрде жүзеге асырылады және екі математикалық түрлендіруден тұрады. Біріншіден, голограмманың Фурье түрлендіріледі. Нәтижесінде алынған күрделі сурет автокорреляциядан (орталық жолақтан) және екі өзара байланысты қосымша жолақтан тұрады. Тек бір қосымша жолақты таңдау үшін, таңдалған қосымша жолақтың ортасына орналасқан төмен өткізгіш сүзгі (дөңгелек маска) қолданылады. Орталық жолақ және екінші қосымша жолақ нөлге теңестіріледі. Содан кейін таңдалған қосымша жолақ күрделі суреттің ортасына жылжытылады және кері Фурье түрлендіріледі. Объект доменіндегі алынған сурет күрделі шама болып табылады, сондықтан объект функциясының амплитудасы мен фазалық таралуы қайта құрылады.
Electron holography with high energy electrons (80 200 keV) can be realized in a transmission electron microscope (TEM) in an off axis scheme. Electron beam is split into two parts by very thin positively charged wire. Positive voltage deflects the electron waves so that they overlap and produce an interference pattern of equidistantly spaced fringes. Reconstruction of off axis holograms is done numerically and it consists of two mathematical transformations. First, a Fourier transform of the hologram is performed. The resulting complex image consists of the autocorrelation (center band) and two mutually conjugated sidebands. Only one side band is selected by applying a low pass filter (round mask) centered on the chosen side band. The central band and the twin side band are both set to zero. Next, the selected side band is re positioned to the center of the complex image and the backward Fourier transform is applied. The resulting image in the object domain is complex valued, and thus, the amplitude and phase distributions of the object function are reconstructed.
Электрондардың желілік голографиясы
Денис Габордың түпнұсқалы голографиялық схемасы – сызықты схема, яғни сілтемелік және нысандық толқындар бірдей оптикалық осьті пайдаланады. Бұл схема нүктелік проекциялық голография деп те аталады. Нысан дивергентті электрондық сәулеге орналастырылады, толқынның бір бөлігі нысаннан шашырайды (нысандық толқын) және ол детектор жазықтығында шашыралмаған толқынмен (сілтемелік толқын) араласады. Сызықты схемадағы кеңістіктік когеренттілік электрон көзінің мөлшерімен анықталады. Төмен энергиялы электрондармен (50-1000 эВ) голография сызықты схемада іске асырылуы мүмкін.
The original holographic scheme by Dennis Gabor is inline scheme, which means that reference and object wave share the same optical axis. This scheme is also called point projection holography. An object is placed into divergent electron beam, part of the wave is scattered by the object (object wave) and it interferes with the unscattered wave (reference wave) in detector plane. The spatial coherence in in line scheme is defined by the size of the electron source. Holography with low energy electrons (50 1000 eV) can be realized in in line scheme.
Электромагниттік өрістер
Интерферометриялық жүйені электромагниттік өрістерден қорғау маңызды, себебі олар Ахронов-Бом эффектісі салдарынан қажетсіз фазалық өзгерістерге алып келуі мүмкін. Тұрақты өрістер кедергі суретінің белгілі бір қалыпта қалуына себеп болады. Барлық компоненттер мен сынамалар тиісінше жерге қосылып, сыртқы шудан қорғалуы қажет.
It is important to shield the interferometric system from electromagnetic fields, as they can induce unwanted phase shifts due to the Aharonov–Bohm effect. Static fields will result in a fixed shift of the interference pattern. It is clear every component and sample must be properly grounded and shielded from outside noise.
Қолданбалар
Электрондық голография жұқа пленкалардағы электр және магнит өрістерін зерттеу үшін кеңінен қолданылады, себебі магниттік және электр өрістері үлгі арқылы өтетін интерференциялық толқынның фазасын өзгерте алады. Электрондық голография принципі интерференциялық литографияға да қолданылуы мүмкін.
Electron holography is commonly used to study electric and magnetic fields in thin films, as magnetic and electric fields can shift the phase of the interfering wave passing through the sample. The principle of electron holography can also be applied to interference lithography.