Электронная голография - Electron holography

Электронная голография является голография с электронными волнами. Деннис Габор изобрел голографию в 1948 году[1] когда он попытался улучшить разрешение электронного микроскопа. Первые попытки выполнить голографию с помощью электронных волн были предприняты Хейном и Малви в 1952 году;[2] они записали голограммы кристаллов оксида цинка с электронами 60 кэВ, демонстрируя реконструкции с разрешением примерно 1 нм. В 1955 г. Г. Мёлленштедт и Х. Дюкер[3] изобрел электронную бипризму. что позволяет записывать электронные голограммы во внеосевой схеме. Существует множество различных возможных конфигураций электронной голографии, более 20 из которых были задокументированы в 1992 году Коули.[4] Обычно для выполнения голографических измерений требуется высокая пространственная и временная когерентность (то есть низкий разброс по энергии) электронного луча.

Голография высокоэнергетических электронов во внеосевой схеме

Электронная голография с электронами высоких энергий (80-200 кэВ) может быть реализована в просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ) во внеосевой схеме. Электронный пучок разделяется на две части очень тонкой положительно заряженной проволокой. Положительное напряжение отклоняет электронные волны так, что они перекрываются и создают интерференционную картину из равноотстоящих полос.

Иллюстрация к внеосевой электронной голографии в просвечивающем электронном микроскопе.

Реконструкция внеосевых голограмм производится численно и состоит из двух математических преобразований.[5] Первый преобразование Фурье из голограмма выполняется. Результирующее комплексное изображение состоит из автокорреляции (центральная полоса) и двух взаимно сопряженных боковых полос. Только одна боковая полоса выбирается путем применения фильтра нижних частот (круглая маска) с центром на выбранной боковой полосе. Центральная полоса и двойная боковая полоса установлены на ноль. Затем выбранная боковая полоса перемещается в центр сложного изображения и применяется обратное преобразование Фурье. Результирующее изображение в объектной области является комплексным, и, таким образом, восстанавливаются распределения амплитуды и фазы функции объекта.

Электронная голография в поточной схеме

Оригинальная голографическая схема Денниса Габора представляет собой встроенную схему, что означает, что опорная волна и волна объекта имеют одну и ту же оптическую ось. Эта схема еще называется точечная проекционная голография. Объект помещается в расходящийся пучок электронов, часть волны рассеиваются объект (объектная волна), и это мешает нерассеянной волне (опорная волна) в плоскости детектора. Пространственная когерентность в поточной схеме определяется размером источника электронов. Голография с низкоэнергетическими электронами (50-1000 эВ) может быть реализована в поточной схеме.[6]

Схема встроенной электронной голографии.

Электромагнитные поля

Важно защитить интерферометрическую систему от электромагнитных полей, так как они могут вызывать нежелательные фазовые сдвиги из-за Эффект Ааронова – Бома. Статические поля приведут к фиксированному смещению интерференционной картины. Понятно, что каждый компонент и образец должны быть правильно заземлены и защищены от внешнего шума.

Приложения

На этом изображении видна электронная голограмма латексной сферы на углеродном покрытии с частицами золота (черные точки), в нижней части изображения - вакуум. Бипризма находится примерно над вакуумным краем; параллельно этому краю видны фазовые плоскости интерферограммы, которая является частью изображения и из которой может быть извлечена фазовая информация.

Электронная голография обычно используется для изучения электрических и магнитных полей в тонких пленках,[7][8] поскольку магнитное и электрическое поля могут сдвигать фазу мешающей волны, проходящей через образец.[9]

Принцип электронной голографии также может быть применен к интерференционная литография.[10]

Рекомендации

  1. ^ Габор, Д. (1948). «Новый микроскопический принцип». Природа. ООО "Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа". 161 (4098): 777–778. Дои:10.1038 / 161777a0. ISSN  0028-0836.
  2. ^ Haine, M.E .; Малви, Т. (1952-10-01). «Формирование дифракционного изображения с электронами в дифракционном микроскопе Габора». Журнал Оптического общества Америки. Оптическое общество. 42 (10): 763. Дои:10.1364 / josa.42.000763. ISSN  0030-3941.
  3. ^ Möllenstedt, G .; Дюкер, Х. (1956). "Beobachtungen und Messungen an Biprisma-Interferenzen mit Elektronenwellen". Zeitschrift für Physik (на немецком). ООО "Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа". 145 (3): 377–397. Дои:10.1007 / bf01326780. ISSN  1434-6001.
  4. ^ Коули, Дж. М. (1992). «Двадцать форм электронной голографии». Ультрамикроскопия. Elsevier BV. 41 (4): 335–348. Дои:10.1016/0304-3991(92)90213-4. ISSN  0304-3991.
  5. ^ Леманн, Майкл; Лихте, Ханнес (2002). "Учебное пособие по внеосевой электронной голографии". Микроскопия и микроанализ. Издательство Кембриджского университета (CUP). 8 (6): 447–466. Дои:10,1017 / с1431927602020147. ISSN  1431-9276.
  6. ^ Финк, Ханс-Вернер; Стокер, Вернер; Шмид, Хайнц (1990-09-03). «Голография с низкоэнергетическими электронами». Письма с физическими проверками. Американское физическое общество (APS). 65 (10): 1204–1206. CiteSeerX  10.1.1.370.7590. Дои:10.1103 / Physrevlett.65.1204. ISSN  0031-9007.
  7. ^ Лихте, Ханнес (1986). «Электронная голография приближается к атомному разрешению». Ультрамикроскопия. Elsevier BV. 20 (3): 293–304. Дои:10.1016/0304-3991(86)90193-2. ISSN  0304-3991.
  8. ^ Тономура, Акира (1987-07-01). «Приложения электронной голографии». Обзоры современной физики. Американское физическое общество (APS). 59 (3): 639–669. Дои:10.1103 / revmodphys.59.639. ISSN  0034-6861.
  9. ^ Р. Э. Дунин-Борковский и др., Micros. Res. и Тех. 64, 390 (2004).
  10. ^ Огай, Кейко; Мацуи, Синдзи; Кимура, Йошихидэ; Симидзу, Рюичи (1993-12-30). «Подход к нанолитографии с использованием электронной голографии». Японский журнал прикладной физики. Японское общество прикладной физики. 32 (Часть 1, № 12Б): 5988–5992. Дои:10.1143 / jjap.32.5988. ISSN  0021-4922.