Стоббс-Фактор ⇐ Васина Википедия

[wiki_de]

Термин «фактор Стоббса» (английский: «фактор Стоббса») относится к явлению в трансмиссионной электронной микроскопии высокого разрешения | трансмиссионной электронной микроскопии высокого разрешения (HRTEM), которое оставалось неправильно понятым более десяти лет. На английском языке это явление также известно как проблема фактора Стоббса, проблема несоответствия контраста или проблема фактора трех. Это выразилось в том, что контрастность изображения, регистрируемая просвечивающими электронными микроскопами, оказалась лишь частью ожидаемой на основе теоретических расчетов.

== Определение и проблема ==

Проблема фактора Стобса проявилась в том факте, что экспериментальный контраст изображения был постоянно меньше, чем контраст изображения, который ожидался на основе квантовомеханического, электронно-оптического моделирования изображений. Первая публикация об этом несоответствии между экспериментальным и теоретическим контрастом изображений была сделана в 1994 году Мартином Дж. Хитчем и У. Майклом Стоббсом, что привело к названию этого эффекта.М. Дж. Хитч, В.М. Стоббс: «Количественное сравнение ПЭМ-изображений высокого разрешения с симуляциями изображений». В: «Ультрамикроскопия», «53», 191 (1994).

Коэффициент Стоббса s > 1 означал, что экспериментально наблюдаемый контраст изображения C_{\text{exp был в 1/s ниже, чем теоретически ожидаемый контраст C_{\text{sim). Поскольку требовался коэффициент s > 1 , впоследствии было сказано, что моделирование и эксперимент обязательно можно сравнивать только на относительной основе. Только исключение фактора или обнаружение s = 1 сделало бы возможным абсолютное сравнение. Однако это не сработало.

Примечательно, что часто обнаруживалось приемлемое совпадение по содержанию изображения, но не хорошее совпадение по резкости деталей, что выражалось значением контрастности. Как правило, экспериментально измеренный контраст составлял лишь часть теоретически ожидаемого значения. Сила этого эффекта в значительной степени не зависела от исследуемого образца и используемого электронного микроскопа и часто определялась с коэффициентом Стоббса s \approx 3. Поскольку причина этого расхождения, которое можно считать масштабным, долгое время оставалась неясной, неоднократно возникали сомнения в обоснованности и полноте теоретических основ, использованных при моделировании.

== Поиск причины (1994–2008) ==
В период с 1994 по 2008 год многочисленные специализированные публикации документировали несоответствие между теоретическим и экспериментальным контрастом изображений и интенсивно занимались возможными объяснениями. Международный поиск причины был сосредоточен прежде всего на теоретическом описании рассеяния электронов внутри образца. Однако ни один из обсуждавшихся механизмов рассеяния не может быть идентифицирован по отдельности или в комбинации как причина огромного несоответствия.

CB Boothroyd: «Почему симуляции и изображения в высоком разрешении не совпадают?». В: «Журнал микроскопии», «190», 99 (1998).


CB Boothroyd: «Количественная оценка изображений аморфного углерода с высоким разрешением, полученных электронным микроскопом». В: «Ультрамикроскопия», «83», 159 (2000).

CB Boothroyd, M.Yeadon: «Вклад фононов в изображения электронного микроскопа высокого разрешения». В: «Ультрамикроскопия» «96», 361 (2003).

А. Хоуи: «Охота на фактор Стоббса». В: «Ультрамикроскопия» «98», 73 (2004).

К. Б. Бутройд, Р. Э. Дунин-Борковски: «Вклад рассеяния фононов в изображения с высоким разрешением, измеренный с помощью внеосевой электронной голографии». В: «Ультрамикроскопия» «98», 115 (2004).

Вэньбанг Цюй, Крис Бутройд, Альфред Хуан: «Количественное измерение интенсивности изображения на изображениях просвечивающего электронного микроскопа». В: «Прикладная наука о поверхности», «252», 3984 (2006).

К. Ду, К. фон Хохмайстер, Ф. Филлипп: «Количественное сравнение контраста изображения и рисунка между экспериментальными и смоделированными просвечивающими электронными микрофотографиями высокого разрешения». В: «Ультрамикроскопия», «107», 281 (2007).

== Выяснение явления (2008/2009) ==

В конце 2000-х годов была опубликована интерпретация, которая фундаментально отличалась от упомянутых подходов к объяснению на основе теории разброса. В 2008 году Андреас Туст в докладе на конференции представил точку зрения о том, что наблюдаемое несоответствие между контрастом экспериментального и смоделированного изображения связано в первую очередь не с неадекватно смоделированными процессами рассеяния электронов внутри образца, а, скорее, со свойствами последующих систем обнаружения и визуализации.A. Туст: «Фактор Стоббса: охота за призраком?» В: Учеб. 14-й Европейский конгресс по микроскопии (EMC 2008), Аахен, Vol. 1, 163–164 (2008).
Он опубликовал подробное изложение этой интерпретации в журнале Physical Review Letters в 2009 году.А. Т.: «Просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения в шкале абсолютного контраста». В кн.: Phys. Преподобный Летт. 102, 220801 (2009).
В одноименной работе Хитча и Стоббса 1994 года для записи изображений использовались аналоговые фотопленки, частотно-зависимые свойства передачи которых не были включены в моделирование. В более поздних исследованиях использовались цифровые ПЗС-камеры, соединенные со сцинтиллятором. Надежное экспериментальное определение МКП этих систем еще не было установлено и к тому же было весьма трудоемким с методической точки зрения, поэтому эффективность переноса контраста часто переоценивалась. В результате моделирование основывалось на свойствах передачи, которые были значительно завышены, поэтому рассчитывался более высокий контраст изображения, чем это было достижимо в реальных условиях.

Благодаря точному экспериментальному определению фактической передаточной функции модуляции детектора |MTF с использованием недавно разработанного для этой цели метода отбрасывания теней и последовательному учету этого MTF в численном моделировании изображений, Такст смог продемонстрировать очень хорошее соответствие между смоделированным и экспериментальным контрастом изображения. После 2009 года фактор Стобса почти не обсуждался в специальной литературе, что является показателем, по крайней мере, широкого прояснения проблемы, которую можно оценить.

== Значение для современной электронной микроскопии ==
Выяснение этого несоответствия, существовавшего почти 15 лет, имело разнообразные последствия для дальнейшего развития когерентной просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения:

* Немедленным следствием было то, что устоявшиеся модели рассеяния электронов были подтверждены результатами, и впоследствии не было оснований фундаментально сомневаться в них.

* В связи с опытом эпохи фактора Стобса особое внимание уделяется определению передаточной функции модуляции |MTF в электронной микроскопии высокого разрешения. Стало стандартом измерять MTF камер, используемых с соответствующими усилиями, и включать его в симуляцию изображения.
* С тех пор контрастность изображений теперь можно сравнивать не только на относительной, но и на абсолютной основе. Это стало важным вкладом в становление когерентной электронной микроскопии высокого разрешения как метода количественных измерений. Высокоточные сравнения абсолютного контраста открыли, среди прочего, возможность определения кристаллических структур в трехмерном виде и с атомной точностью.C. Л. Цзя, С.Б. Ми, Дж. Бартель, Д. В. Ван, Р. Е. Дунин-Борковски, К. В. Урбан, А. Таст: «Определение трехмерной формы наноразмерного кристалла с атомным разрешением по одному изображению». В: «Природные материалы». 13, 2014, стр. 1044–1049.
* Еще одним последствием эпохи фактора Стобса является понимание того, что в ПЗС-сенсорах, которые были распространены в то время, около двух третей идеально возможного контраста изображения не использовалось. Это открытие значительно ускорило разработку и использование принципиально улучшенной детекторной технологии: современные детекторы могут регистрировать электроны напрямую без сцинтиллятора и, следовательно, имеют значительно улучшенный MTF, так что потери контрастности обсуждаемой здесь величины больше не происходят.




Категория:Электронная микроскопия

Подробнее: https://de.wikipedia.org/wiki/Stobbs-Faktor