Дифракционная визуализация

«Дифракционная визуализация» представляет собой метод восстановления изображения структуры образца по дифракционной картине образца. Поскольку на дифракционную картину меньше влияют аберрации объектива, разрешение полученного изображения структуры определяется максимальным углом дифракции дифракционной картины, поэтому изображение структуры с более высоким разрешением (амплитудное изображение и фазовое изображение), чем изображение ВРЭМ (полученное с помощью линз) можно получить. Этот метод активно изучался в области рентгеновской дифрактометрии, метод получил название «Когерентная дифракционная визуализация». В электронной микроскопии этот метод называется «дифракционная визуализация» или «дифракционная микроскопия». Этот метод был применен к углеродным нанотрубкам и т. д., и было получено пространственное разрешение около 0.1 нм. Кроме того, метод можно применять не только к кристаллам, но и к образцам с непериодической структурой, таким как образец с одной молекулой. Для реконструкции изображения используется метод восстановления повторяющихся фаз Фурье. То есть величины амплитуд дифракции рассчитываются по квадратному корню из интенсивностей дифракции, снятых с образца, и амплитудам дифракции придаются случайные начальные фазы. Затем амплитуды дифракции с фазами преобразуются Фурье для получения приблизительного изображения структуры. На полученном изображении видны структуры даже на участках, превышающих площадь образца, с которого снята дифрактограмма. Когда внешняя форма образца четко определена, интенсивности изображения из областей, за исключением внешнего размера, устанавливаются равными 0 (ноль) (условия ограничения в реальном пространстве). (С другой стороны, когда трудно точно определить внешнюю форму, определяется область образца (называемая «поддержкой»), которая немного больше, чем внешний размер, и устанавливаются значения интенсивности изображения для областей, превышающих опору. 0. Затем изображение подвергается обратному преобразованию Фурье в дифракционную картину. Амплитуды дифракции, не совпадающие с экспериментальными амплитудами, заменяются экспериментальными значениями (условия ограничения обратного пространства), а затем снова применяется преобразование Фурье для получения изображения структуры. По мере повторения этой процедуры истинные фазы образца постепенно восстанавливаются, и, наконец, получается истинное изображение структуры образца. Количество итераций до восстановления истинных фаз превышает несколько тысяч раз. На точность получаемого изображения влияют такие параметры, как неупругое рассеяние вокруг источника дифракционной картины, шум от системы обнаружения, включая ее электронные схемы, и внешний размер опоры. Следует отметить, что при снятии исходной дифрактограммы электронный луч должен освещать площадь, вдвое превышающую площадь образца (подложки). Это означает, что дифракционная картина замеряется с шагами, в два раза меньшими, чем те, которые соответствуют исходному размеру образца, что позволяет нам извлечь всю информацию, содержащуюся в образце, что называется условием передискретизации.



Концептуальная схема метода восстановления повторяющейся фазы Фурье для дифракционной визуализации. Изображение кристаллической структуры образца извлекается из экспериментальных дифракционных данных с хорошей точностью путем применения преобразования Фурье к данным обратного пространства, а затем обратного преобразования Фурье к полученным данным реального пространства многократно с заданием условий ограничения на каждом шаге. Точнее, 1) Во-первых, волновое поле в обратном пространстве создается путем использования амплитуд дифракции, полученных из дифракционной картины, и придания амплитудам дифракции случайных начальных фаз. 2) Волновое поле, формируемое в обратном пространстве, преобразуется Фурье в изображение в реальном пространстве. 3) Яркость изображения за пределами области поддержки установлена ​​равной 0 (ноль). 4) Исправленное изображение подвергается обратному Фурье-преобразованию к волновому полю в обратном пространстве. 5) Амплитуды волнового поля заменены на амплитуды экспериментальной дифракционной картины. Повторение этого цикла позволяет точно восстановить фазы дифракционных пятен в обратном пространстве и волновое поле в реальном пространстве. 6) Наконец, реконструируется точное изображение структуры кристаллического образца.