Просвечивающая электронная микроскопия с коррекцией аберраций (AC-TEM) ⇐ Васина Википедия

[wiki_en]

'''Просвечивающая электронная микроскопия с коррекцией аберраций (AC-TEM)''' — это общий термин для использования микроскопов, в которых электрооптика|электрооптические компоненты вводятся для уменьшения оптической аберрации|аберраций, которые в противном случае ухудшили бы изображение. разрешение|разрешение изображений. Пользователь:Ниашервин/ACTEM Draft#History|Исторически электронные микроскопы имели довольно серьезные аберрации, поскольку примерно до начала 21-го века разрешение было весьма ограниченным и в лучшем случае позволяло отображать атомную структуру материалов, пока атомы находились достаточно далеко. отдельно. Теоретические методы исправления аберраций существовали некоторое время, но не могли быть реализованы на практике. Примерно на рубеже веков электронно-оптические компоненты были объединены с компьютерным контролем линз и их юстировкой; это был прорыв, который привел к значительным улучшениям как в разрешении, так и в соотношении сигнал/шум (изображение) и четкости изображений. С 2024 года коррекция как оптических, так и хроматических аберраций | хроматических аберраций является стандартной во многих коммерческих электронных микроскопах.

== История ==

=== Ранние теоретические работы ===

«Теорема Шерцера» — теорема в области электронной микроскопии. В нем говорится, что существует предел разрешения электронных линз из-за неизбежных оптических аберраций|аберраций.

Немецкий физик Отто Шерцер обнаружил в 1936 году
Шерцер решил систему уравнений Лапласа|Уравнения Лапласа для электромагнитных потенциалов, приняв следующие условия:

# электромагнитные поля вращательно-симметричны,
# электромагнитные поля статичны,
# космических зарядов нет.
Он показал, что в этих условиях возникающие аберрации ухудшают разрешение электронного микроскопа до ста раз больше длины волны электрона.
В своей оригинальной статье Шерцер резюмировал: «Хроматические и сферические аберрации являются неизбежными ошибками пространственной бесзарядовой электронной линзы. В принципе, искажения (деформация и скручивание) и (все типы) комы могут быть устранены. Благодаря неизбежности сферической аберрации, существует практическое, но не фундаментальное ограничение разрешающей способности электронного микроскопа."''

Предел разрешения, предусмотренный теоремой Шерцера, можно преодолеть, нарушив одно из трех вышеупомянутых условий. Отказ от вращательной симметрии в электронных линзах помогает исправить сферические аберрации.
Сам Шерцер экспериментировал с пространственными зарядами (например, с заряженной фольгой), динамическими линзами и комбинациями линз и зеркал, чтобы минимизировать аберрации в электронных микроскопах. === Прототипы ===
Преимущество сканирующего трансмиссионного электронного микроскопа (STEM) и его возможности для получения изображений с высоким разрешением были исследованы Альбертом Крю. Он исследовал необходимость более яркого источника электронов в микроскопе, полагая, что пушки с холодной автоэлектронной эмиссией вполне возможны.
Крю подал патенты на корректоры электронных аберраций.
На первых порах по исправлению аберраций были исследованы низковольтные электростатические корректоры. В этих корректорах использовались электростатические линзы для управления электронным лучом. Преимуществом систем низкого напряжения было уменьшение хроматической аберрации, поскольку разброс энергии электронов был ниже при пониженном напряжении.
==== Фазовая пластина и подобные идеи ====
Фазовые пластины были исследованы как корректор сферических аберраций, в частности программируемая фазовая пластина.
==== Первые демонстрации ====
Первая демонстрация коррекции аберраций в режиме TEM была продемонстрирована Харальдом Роузом и Максимилианом Хайдером в 1998 году с использованием гексапольного корректора, а в режиме STEM Ондреем Криванеком и Никласом Деллби в 1999 году с использованием квадрупольного/октупольного корректора. По мере улучшения электронно-оптического разрешения стало очевидно, что необходимо также улучшить механическую стабильность микроскопов, чтобы идти в ногу со временем. Многие микроскопы с коррекцией аберраций усиленно используют звуко- и температурную изоляцию, обычно в корпусе, окружающем микроскоп.

== Ранние коммерческие продукты ==

=== Нион ===
Ондрей Криванек и Никлас Деллби основали Nion в конце 1990-х годов, первоначально в сотрудничестве с IBM.
=== КОМАНДНЫЙ ПРОЕКТ ===
Проект просвечивающего электронного микроскопа с коррекцией электронной аберрации (TEAM) был совместным усилием Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (LBNL), Аргоннской национальной лаборатории, Брукхейвенской национальной лаборатории, Национальной лаборатории Ок-Риджа и Университета Иллинойса Урбана-Шампейн | Университет Иллинойса, Урбана-Шамейн
В результате проекта TEAM были созданы два микроскопа: TEAM 0.5 и TEAM I, и он завершился в 2009 году. Оба микроскопа представляют собой S/TEM (их можно использовать как в режиме TEM, так и в режиме STEM), которые корректируют как сферическую, так и хроматическую аберрацию.
== Текущее состояние ==
В современном состоянии разрешение около 0,1 нм является обычным явлением в микроскопах по всему миру. Это справедливо как для стандартных электронных микроскопов высокого напряжения, так и для некоторых, специально разработанных для работы при более низких энергиях электронов. Благодаря этим улучшениям стало возможным значительно улучшить идентификацию химического состава материалов, а также их атомной структуры. Это оказало большое влияние на наше понимание во многих областях исследования.

== Приложения ==
Существует значительная разница в использовании AC-TEM в различных областях. Несмотря на то, что в электронных микроскопах существует коррекция аберраций, существующая в случае STEM, количество электронов, необходимое для формирования полезных изображений, намного больше, чем могут выдержать биологические образцы, прежде чем они будут уничтожены радиационным повреждением. Исследования в области медико-биологических наук по-прежнему в значительной степени полагаются на обычные ПЭМ, которые формируют полное изображение с помощью электронного луча (аналогично обычному оптическому микроскопу | световому микроскопу).

=== Физические науки ===
AC-TEM широко используется в физических науках, во многом из-за невосприимчивости образцов к радиационному повреждению. Методы STEM обычно используют гораздо больше электронов для формирования каждого изображения, чем традиционные методы TEM.

=== Науки о жизни ===
STEM еще не нашли широкого применения в науках о жизни из-за, как правило, низкого контраста атомного веса в биологических системах, а также из-за повышенного радиационного повреждения.



Подробнее: https://en.wikipedia.org/wiki/Aberratio ... y_(AC-TEM)