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电子显微镜检测器实现记录分辨率

发布时间:2019-06-07 18:51 来源:未知 编辑:admin

  电子显微镜使科学家们能够看到单个原子,但即使在那个分辨率下,并非一切都清晰。

  电子显微镜的镜片具有称为像差的内在缺陷,以及特殊的像差校正器 - “像显微镜的眼镜”,应用和工程物理系(AEP)的Samuel B. Eckert工程教授David Muller说。多年来已经开发出来纠正这些缺陷。

  然而,像差校正器只能到目前为止,并且为了校正多个像差,您需要一个不断扩展的校正元件收集器。这就像把眼镜戴在眼镜上的眼镜一样 - 它变得有点笨拙。

  他们使用了康奈尔开发的电子显微镜像素阵列检测器(EMPAD),该检测器于2017年3月推出。凭借它,他们已经实现了康奈尔纳卡德科学Kavli研究所的联合主任穆勒所说的世界图像分辨率的记录 - 在这种情况下使用单层(一个原子厚)二硫化钼(MoS2)。

  电子波长比可见光的波长小许多倍,但电子显微镜镜头并不是相当精确的。通常,Muller说,电子显微镜的分辨率在很大程度上取决于镜头的数值孔径。在基本相机中,数值孔径是“f数”的倒数 - 数字越小,分辨率越高。

  在一台好的相机中,最低的f值或“f-stop”可能略低于2,但“电子显微镜的f值约为100,”Muller说。他说,像差校正器可以将这个数字降到40左右,但仍然不是很好。

  传统上通过增加透镜的数值孔径和电子束的能量来改善电子显微镜中的图像分辨率,这对于显微镜来说是光照相机或光学显微镜所照射的对象。

  以前的分辨率记录是通过像差校正透镜和超高光束能量--300千电子伏特(keV) - 来获得分辨率的亚trstrm。原子键通常在1到2之间()长 - 一个ngstrm是0.1纳米 - 因此,亚哥的分辨率可以让人们轻松看到单个原子。Muller集团能够达到0.39的分辨率 - 一项新的世界纪录 - 并且在较低的,破坏性较小的光束能量下,单独使用像差校正透镜的分辨率为0.98。

  Muller的小组使用了EMPAD和一种称为ptychography的技术:当电子束扫描样品时,探测器在重叠步骤中收集散射电子的全位置和动量分布。从得到的4维数据集重建图像。

  该组使用的光束能量仅为80 keV,以免破坏MoS2。尽管射束能量较低,但使用EMPAD的分辨率非常好,显微镜能够以惊人的清晰度检测到缺失的硫原子 - “格子中的缺陷”,Gruner说 - 在2D材料中。“这对我来说太惊人了,”他说。

  由于分辨率能力小于最小原子键,因此需要一种新的EMPAD方法测试对象。来自穆勒集团的Yimo Han,Ph.D 18和Pratiti Deb 16,堆叠了两张MoS2,一张稍微歪斜,这样两张原子的距离从完全键合长度到说谎的距离都是可见的在彼此之上。“它基本上是世界上最小的统治者,”格鲁纳说。

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