Avbildning

Question 1

Hvilke hoved avbildningsteknikker har vi?

Answer 1

Avbildning fra fase- og amplitudekontrast.

Question 2

Hvilke type amplitudekontrast har vi?

Answer 2

Mass-thickness contrast fra ulik mengde materie elektronene kan vekselvirke med og diffraksjonskontrast fra lokale variasjoner ettersom prøven ikke er perfekt.

Question 3

Hva bør du gjøre før du utforsker ulike avbildningstyper?

Answer 3

Se på diffraksjonsmønster for å vite hvordan prøven din sprer for å verifisere hva slags kontrast det er.

Question 4

Hvilke to teknikker bruker man for amplitudekontrastavbildning for både TEM og STEM?

Answer 4

De kalles lyse- og mørkefelt og plasserer en objektiv aperture i diffraksjonsplanet rundt senterstrålen eller ved en gitt spredningsvinkel. Sirkulær aperture for BF/DFTEM og ringformet i ADFSTEM

Question 5

Hva danner mass-thickness contrast?

Answer 5

Mass-thickness contrast kommer fra usammenhengende elastisk spredt elektroner med andre ord Rutherford spredning, som er sterkt avhengig av Z og tykkelsen på prøven! Også kalt Z-kontrast!

Question 6

Hvilke eksperimentelle variabler påvirker Z-kontrasten?

Answer 6

Størrelsen på objektivaperturen og og akselerasjonsspenningen

Question 7

I hvilke tilfeller vil du bruke STEM Z-kontrast?

Answer 7

• Prøven er så tykk at kromatisk aberrasjon begrenser TEM oppløsningen
• Prøven er strålesensitiv

Question 8

Hva er intensiteten i Rutherford spredning proposjonal til?

Answer 8

I = |f(θ)|²

f(θ) = (1+E₀/(m₀c²)) / 8 π a₀ * (λ/sin(θ/2) * (Z - f₂)

Aka I ~ Z ² (Merk litt mindre sånn effektivt)

Question 9

Nevn en instrumentell fordel med HAADF avbildnign

Answer 9

Kontrasten er generelt upåvirket av små endringer i objektiv linsedefokuset og prøvetykkelse.

Question 10

Hvilke fordel har HAADF avbildning over XEDS avbildning?

Answer 10

Atomistisk oppløsning!

Question 11

Hva er diffraksjonskontrast?

Answer 11

Diffraksjonskontrast er en form for aplitudekontrast når spredning skjer ved spesielle Braggvinkler. De kommer dermed av sammenhengende elastisk spredte elektroner.

Question 12

Hvilke tre betingelser er viktige for sterk diffraksjonskontrast i TEM?

Answer 12

• Ingangsstrålen må være sammenhengende, i. e., konvergeringsvinkelen må være liten.
• Prøven må være vinklet til en to strålebetingelse
• Kun direkte strålen eller en sterk spredt stråle må være samlet av objektiv aperturen.

Question 13

Hva sier gjensidighetsprinsippet (principle of reciprocity)?

Answer 13

Essensen er at for elastisk spredte elektroner så vil deres bane være tidsuavhengig og dermed så lenge de har like vinkler for konvergeringsvinkel og samling i det optiske systemet så vil TEM og STEM avbildning vise identisk kontrast.

Question 14

List de viktigste karakteristikkene til mass-thickness kontrast

Answer 14

• Områder med høy Z og/eller tykkelse vil spred elektroner mer (totalt), og derfor se mørkere i BFTEM og lysere i DFTEM. Kontrasten kan bli kvantifisert om nødvendig.
• TEM mass-thickness kontrast har bedre kvalitet (lavere støy og høyere oppløsning) enn STEM avbildning, men digitalisert STEM avbildning kan bli prosessert for å vise høyere kontrast sammenlignet med analogt TEM avbildning.
• STEM mass-thickness kontrast avbildning er mer nyttig for tykke og/eller strålesensitive prøver.
• Z-kontrast (HAADF) avbildning kan vise atom-nivå oppløsning.

Question 15

List de viktigste karakteristikkene til diffraksjonskontrast

Answer 15

• Diffraksjonskontrast kommer når elektroner er Braggspredt.
• For å forme et diffraksjonskontrast bilde i TEM bruker man en objektiv aperture for å velge en Braggspredt stråle. Ofte vil STEM detektoren samle flere Braggspredte stråler som vil minke diffraksjonskontrasten.
• Diffraksjonskontrast avbildning i TEM viser alltid bedre kontrast enn STEM avbildning.

Question 16

Hva forårsaker fasekontrasten fra interference fringes/frynser?

Answer 16

Utledningen tar utgangspunkt i en to-strålebetingelse og ser på intensiteten så formes ved ulike spredningsvinkler ved å bruke en modullert Howie-Wheelan ligning. Resultatet blir at intensiteten blir en sinusoidal oscillasjon normalt til g’ hvor periodisiteten er avhengig av s og t.

Question 17

Har lokasjon til frynser noe å si om gitterplan?

Answer 17

Ikke nødvendigvis!

Question 18

For interference frynser, hva skjer hvis s er lik 0?

Answer 18

Vi vil se frynser i bilde for refleksjonen G som vil ha periodisitet gitt ved 1/g altså at periodisteten til frynsene vil være lik den romlige avstanden mellom gitterplanene. Se for deg hvordan du kan sette opp et slikt eksperiment (tips: to-strålebetingelser pluss stor nok objektiv aperture. Kan utvide til soneakse også)

Question 19

For interference frynser, hva skjer hvis s ikke er lik 0?

Answer 19

For eksempel, hvis prøven ikke er flat vil dette resultere i en forflytning av s som vil påvirke periodisteten.

Question 20

Hva er Moirè frynser? Hva slags typer har vi?

Answer 20

Mønster som formes av interferense av to set med linjer som har nesten samme periodisitete.
- Tranlational MF: planene er parallel og også g-vektorene.
- Rotasjonal MF: g-vekorer med lik lengde men rotert.

Question 21

Hva skjer fysisk i HRTEM avbildning?

Answer 21

Vi får interference mønster av elektronbølgefunksjonen med segselv etter den er diffraktert fra prøven. Fasen og bølgefronten er dermed ekstremt viktig.

Question 22

Hva skjer med bølgefronten i Fresnel regionen?

Answer 22

Vi kan se på hvordan en planbølge propagerer i fremover retning med en rekke av spredere som enten en bølgefront som propagerer uhindret i fremoverretning, eller som en sammenhengende superposisjon av wavelets “emitted” fra de ulike sprederne.

Question 23

Hvilken antakelse gjør vi vanligvis for bølgepropagering i et medium?

Answer 23

Vi antar ingen faseforyvning blant sprederne, men heller at hastigheten til bølgefronten som helhet blir saktet ned.

Question 24

Hvilken antakelse gjør vi i fysisk optikk for hvordan en bølge spres?

Answer 24

Vi antar at hvert punkt på overflaten av bølgefronten generer en ny sfærisk bølge. Dette er Huygens prinsippet!

Question 25

Hva er effektivt den spredtebølgen ved bruk av Huygens prinsippet?

Answer 25

Det er konvolusjonen mellom Greensfunksjonen av den utgående sfæriske wavelettene og inngangsbølgefronten med en vektet faktor.

Question 26

Hva er Fresnel soner?

Answer 26

Det er soner på bølgefronten hvor wavelettene interferer konstruktivt eller delvis konstruktivt slik at vi får en bølgetopp. Grensene til Fresnel sonene er sat ved betingelsen av at veilengden må være ett oddetall forskjellig fra halvparten av bølgelengden.

Question 27

Hva er et faseamplitude diagram?

Answer 27

Det er et diagram for å finne Fresnelsonene.

Question 28

Hva er Fresnel frynser?

Answer 28

Fresnel frynser er intensitetsmodulasjoner perpendikulært på en grense og kommer fra diskontinuitet med spredningspotensialet. De dannes ved amplitude variasjoner ved den spredte bølgen sin kant, av aperturer og grenseflater.

Question 29

Hva kan skje hvis du har to materialer med ulik transparanhet?

Answer 29

Fresnelfrynser.

Question 30

Hva er avstanden og synligheten av Fresnelfrynser avhengig av?

Answer 30

Fokuset til mikroskopet. Kontrasten er også avhengig av kurven til inngangsbølgefronten

Fresnelfrynser er borte når prøven er akkurat i fokus.

Question 31

Hva er begrenser oppløsningen i BFTEM og DFTEM?

Answer 31

Størrelsen på objektivaperturen.

Question 32

Hva er weak phase object approximation?

Answer 32

Det er antakelsen av at sprednignen fra atomene/prøven endrer ikke amplituden på den utgående bølgen men kun skifter fasen litt. Den er essensiell for HRTEM avbildning, men fungerer egentlig kun for veldig tynneprøver og lette elementer.

Question 33

Hva er phase transfer function?

Answer 33

Diffrakterte bølger med ulik Δk må ha deres faser multiplisert med en phase transfer function av objektiv aperturen Q_{PTF(Δk) = e^{-i W(Δk) .}}

For HRTEM krevr vi at Δk er så stor som mulig, men faseforsyvningen øker med Δk og det er derfor viktig å forstå seg på W(Δk) og kontrasten den medbringer når W(Δk) ikke er liten.

Question 34

Hva er et strukturelt bilde?

Answer 34

Det er et HRTEM bilde laget med flere diffrakterte stråler.

Question 35

Hva er Scherzer oppløsning/defokus?

Answer 35

Det er den best oppløsningen en kan oppnå i avbildning med et linsesystem med aberrasjoner. Man bruker altså et defocu borte fra fokus for å minke radiusen på overgangspunktet. Det er effektivt verdien av Δk for når W(Δk) krysser null igjen.

Question 36

Hva skjer med Scherzer defokus når bølgelengden minker?

Answer 36

Kryssningspunktet i W(Δk) skjer ved laverer Δk som effektivt betyr at sfærisk aberrasjon på strålelengden er mindre.

Question 37

Hva er contrast transfer function?

Answer 37

Det er den imaginære delen av phase transfer function, og bygger på antakelsen om at prøven oppfører seg som en wak phase object uten absorpsjon.

Question 38

Hva er informasjonsgrensen til et mikroskop?

Answer 38

Det er grensen for informasjon er tapt som kommer av at vi danner et bilde av høyere Δk for når sammenhengen er tapt.

Question 39

Hva skylder informasjonsgrensen?

Answer 39

• Fluktueringer i linsestrømmer
• Spredningen av fokus av elektroner pga kromatisk aberrasjon
• Energispredning av elektroner fra kilden
• Fluktueringer i høyspenningen.

Effektene har størst innflytelse på høye romlige frekvenser, og vi modellerer det ofte med en dempning av CTF ved store Δk. Den effektive størrelsen på objektiv aperturen forårsaker også en dempning av CTF.

Question 40

Hvilke to metoder er vanlig å bruke for HRTEM simuleringer?

Answer 40

Multislice og Bloch wave simuleringer

Question 41

Hvilke tre lokasjoner må elektron bølgefunksjonen bli kalkulert for HRTEM simuleringer?

Answer 41

• Ved overflaten av utgangen på prøven.
• Ved det bakrefokalplanet til objektiv linsen (diffraksjonsmønster)
• Ved bildeplanet