Электронная голография
Электронная голография — это голография с электронной волнами материи . Его изобрел Деннис Габор в 1948 году, когда он пытался улучшить разрешение изображения в электронном микроскопе. [1] 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 с энергией 60 кэВ, продемонстрировав реконструкции с разрешением примерно 1 нм. В 1955 году Г. Мёлленштедт и Х. Дюкер [3] изобрел электронную бипризму , позволившую 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 проведения голографических измерений требуется высокая пространственная и временная когерентность (т.е. низкий разброс по энергии) электронного пучка.
Голография высокоэнергетических электронов внеосевой во схеме
Электронная голография с электронами высоких энергий (80-200 кэВ) может быть реализована в просвечивающем электронном микроскопе (ПЭМ) по 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 друг от друга полос.
Реконструкция внеосевых голограмм выполняется численно и состоит из двух математических преобразований. [5] Сначала выполняется преобразование Фурье голограммы. Результирующее комплексное изображение состоит из автокорреляции (центральной полосы) и двух взаимно сопряженных боковых полос. Только одна боковая полоса выбирается путем применения фильтра нижних частот (круглой маски), расположенного по центру выбранной боковой полосы. Центральная полоса и двойная боковая полоса установлены на ноль. Затем выбранная боковая полоса перемещается в центр комплексного изображения и применяется обратное преобразование Фурье. Результирующее изображение в объектной области является комплекснозначным, и таким образом восстанавливаются амплитудное и фазовое распределения объектной функции.
Электронная голография в линейной схеме [ править ]
Оригинальная голографическая схема Денниса Габора представляет собой линейную схему, что означает, что опорная и объектная волны имеют одну и ту же оптическую ось . Эту схему еще называют точечно-проекционной голографией . Объект помещается в расходящийся электронный пучок, часть волны рассеивается объектом (предметная волна) и интерферирует с нерассеянной волной (опорной волной) в плоскости детектора. Пространственная когерентность в линейной схеме определяется размером источника электронов. Голография с электронами низкой энергии (50-1000 эВ) может быть реализована по линейной схеме. [6]
Электромагнитные поля [ править ]
Важно защитить интерферометрическую систему от электромагнитных полей, поскольку они могут вызвать нежелательные фазовые сдвиги из-за эффекта Ааронова-Бома . Статические поля приведут к фиксированному сдвигу интерференционной картины. Понятно, что каждый компонент и образец должны быть надлежащим образом заземлены и экранированы от внешнего шума.
Приложения [ править ]
Электронная голография обычно используется для изучения электрических и магнитных полей в тонких пленках. [7] [8] поскольку магнитные и электрические поля могут смещать фазу интерферирующей волны, проходящей через образец. [9]
Принцип электронной голографии можно применить и к интерференционной литографии . [10]
Ссылки [ править ]
- ^ Габор, Д. (1948). «Новый микроскопический принцип» . Природа . 161 (4098). ООО «Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа»: 777–778. дои : 10.1038/161777a0 . ISSN 0028-0836 .
- ^ Хейн, Мэн; Малви, Т. (1 октября 1952 г.). «Формирование дифракционного изображения с электронами в дифракционном микроскопе Габора». Журнал Оптического общества Америки . 42 (10). Оптическое общество: 763. doi : 10.1364/josa.42.000763 . ISSN 0030-3941 .
- ^ Мёлленштедт, Г.; Дюкер, Х. (1956). «Наблюдения и измерения интерференции бипризмы с электронными волнами». Журнал физики (на немецком языке). 145 (3). ООО «Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа»: 377-397. дои : 10.1007/bf01326780 . ISSN 1434-6001 .
- ^ Коули, Дж. М. (1992). «Двадцать форм электронной голографии». Ультрамикроскопия . 41 (4). Эльзевир Б.В.: 335–348. дои : 10.1016/0304-3991(92)90213-4 . ISSN 0304-3991 .
- ^ Леманн, Майкл; Лихте, Ханнес (2002). «Учебное пособие по внеосевой электронной голографии». Микроскопия и микроанализ . 8 (6). Издательство Кембриджского университета (CUP): 447–466. дои : 10.1017/s1431927602020147 . ISSN 1431-9276 .
- ^ Финк, Ханс-Вернер; Стокер, Вернер; Шмид, Хайнц (3 сентября 1990 г.). «Голография с электронами низкой энергии». Письма о физических отзывах . 65 (10). Американское физическое общество (APS): 1204–1206. CiteSeerX 10.1.1.370.7590 . дои : 10.1103/physrevlett.65.1204 . ISSN 0031-9007 .
- ^ Лихте, Ханнес (1986). «Электронная голография приближается к атомному разрешению». Ультрамикроскопия . 20 (3). Эльзевир Б.В.: 293–304. дои : 10.1016/0304-3991(86)90193-2 . ISSN 0304-3991 .
- ^ Тономура, Акира (1 июля 1987 г.). «Приложения электронной голографии». Обзоры современной физики . 59 (3). Американское физическое общество (APS): 639–669. дои : 10.1103/revmodphys.59.639 . ISSN 0034-6861 .
- ^ Р. Э. Дунин-Борковски и др., Micros. Рез. и Тех. 64, 390 (2004).
- ^ Огай, Кейко; Мацуи, Синдзи; Кимура, Ёсихидэ; Симидзу, Рюичи (30 декабря 1993 г.). «Подход к нанолитографии с использованием электронной голографии». Японский журнал прикладной физики . 32 (Часть 1, № 12Б). Японское общество прикладной физики: 5988–5992. дои : 10.1143/jjap.32.5988 . ISSN 0021-4922 .
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
