Ефикасан линеарни контраст у скенирању електронске микроскопије са усклађеним осветљењем и интерферометријом детектора | комуникације природе

Ефикасан линеарни контраст у скенирању електронске микроскопије са усклађеним осветљењем и интерферометријом детектора | комуникације природе

Anonim

Субјекти

  • Примењена физика
  • Физика кондензоване материје
  • Пренос електронска микроскопија

Апстрактан

Способност снимања светлосних елемената у мекој материји при атомској резолуцији омогућава невиђени увид у структуру и својства молекуларних хетероструктура и наноматеријала осетљивих на снопе. У овој студији представљамо технику скенирања за електронску микроскопију која комбинује фазонну плочу пре узорка дизајнирану за производњу сонде са структурираном фазом са брзим детектором директног електрона за генерисање скоро линеарних контрастних слика са високом ефикасношћу. Ми демонстрирамо ову методу користећи експеримент и симулацију да истовремено прикажемо атомску структуру слабо распршујућег аморфног угљеника и снажно расипајући златне наночестице. Наша метода показује јак контраст за оба материјала, што га чини обећавајућим кандидатом за структурно одређивање хетерогених узорака меке / тврде материје чак и при малим дозама електрона, упоредивим са традиционалном фазно-контрастном електронском микроскопијом. Симулиране слике показују ширење ове технике на изазован проблем структуралног одређивања биолошког материјала на површини неорганских кристала.

Увод

Структурна анализа атомске резолуције обично се користи да пружи дубок увид у функционалност структура и у биолошкој и у физичкој науци. Скорашњи примери укључују огроман напредак у динамичкој структуралној биологији 1, директно снимање вијчане дислокације путем оптичког пресека 2, мерења ТиО 6 октаедра у перовскитним надлатурама 3 и многи други. Трансмисиона електронска микроскопија (ТЕМ) и скенирање ТЕМ (СТЕМ) су свеприсутне технике за анализу високе резолуције и чврстих и меких структура материје због могућности фокусирања електронске оптике. Теоретска граница резолуције за традиционални ТЕМ и СТЕМ је 1–2 А, која је додатно проширена на 0, 5 А са корекцијом аберације 4, 5, 6 . Ово је значајно побољшало квантитативну структурну анализу и у ТЕМ и СТЕМ до суб-А резолуције и једно-пикометрске прецизности у науци о материјалима где многи материјали могу да толеришу веома високе дозе електрона. У поређењу са СТЕМ-ом, биолошка заједница је преферирана ТЕМ фазно-контрастна слика јер пружа ефикасно средство за сликање објеката слабе фазе у дозама на или испод 10 е - А −2 . Резолуција за биолошке материјале ограничена је достигљивим односом сигнал-шум (СНР) пре него што се циљна структура оштети или уништи, уместо преноса података ТЕМ 7, 8, 9, 10, 11 . Примарна метода која се тренутно користи за решавање структуре узорака осетљивих на дозу је реконструкција једноструких честица, из криоелектронске микроскопије (крио-ЕМ). Ова метода је веома ефикасна, али обично захтева више хиљада идентичних честица изолираних једна од друге како се дефоконирани сигнали из суседних честица не мешају. Надаље, пријенос информација овиси о кориштеном дефокусу, који има велики нелинеарни учинак на контраст на крајњој слици 12, 13, 14, 15 . Овај ефекат је нарочито преовлађујући за фазно-контрастне ТЕМ високе резолуције (ХРТЕМ) и захтева пажљиву инспекцију, нумеричку корекцију аберације и / или рачунарску симулацију за директну структурну интерпретацију.

Тумачење слике у СТЕМ-у је обично једноставније. Контраст и ефикасност СТЕМ-а контролише геометрија пост узорка, монолитни детектори који се једноставно интегришу преко специфичних углова распршења у реципрочном простору. Две најчешће технике СТЕМ снимања су прстенаста тамна поља (АДФ) која могу произвести некохерентни контраст слике отприлике пропорционалан дебљини пројектоване масе узорка и светлом пољу (БФ), који може произвести кохерентан контраст слике сличан традиционалном ТЕМ 15, 16 . Алтернативна метода названа прстенасто светло поље је нова техника дизајнирана за директно приказивање слабо расипајућих материјала као што су литијум и кисеоник, али је ову технику снимања тешко оптимизирати, јер је омјер унутрашњег и спољног угла детектора постављен физичком величином детектора 17, 18 . АДФ-СТЕМ са некохерентним контрастом слике обично се користи за производњу интерпретабилних слика на атомској резолуцији заснованим на распршењу под високим углом, али овај процес је релативно неефикасан по инциденту електрона, а обично захтева знатно више дозе по јединици површине у поређењу са ТЕМ. Ово је нарочито ограничавајући светлосне елементе попут угљеника који веома слабо распршују електроне. Стога се СТЕМ чешће користи за науку о материјалима и ретко за биолошке науке 19, 20 .

Кохерентно фазно-контрастно снимање у СТЕМ-у је такође могуће коришћењем диференцијалног мерења БФ централног диска како је првобитно предложио Росе 21 . Деккерс и Де Ланг, Росе и Хаидер и др. 22, 23, 24 је такође предложио коришћење коректора аберације СТЕМ сонде за формирање сонде која садржи референтни талас, који се може директно интерпретирати коришћењем сегментираног детектора. Птихографија је још једна фазна контрастна метода која ефикасно користи дозу и која користи потпуне слике преношене електронске дифракцијске шаре да би се реконструисала и сложена (стварна и замишљена) слика сонде и сложени потенцијал узорка. Птихографију су први пут демонстрирали у атомској резолуцији Неллист ет ал. 25, са недавним побољшањима и у рачунарским алгоритмима и у детекторима 26, 27, 28 . Недавни пример како се може постићи фазно-контрастно снимање у СТЕМ-у дат је у раду Пенницоок ет ал. 29, 30 . Њихова метода имплементира елегантан птихографски алгоритам обнове који користи подрегије снимљене на пикселу детекторских поља да би формирали ефикасне фазно-контрастне слике.

СТЕМ експерименти се такође могу проширити коришћењем метода које нису напредне геометрије детектора и рачунских алгоритама. Један пример је недавна употреба структурисане фазе у електронској микроскопији, која се обично изводи постављањем фазне или амплитудне плоче у отвор за формирање сонде за производњу електронске сонде са жељеним својствима. Дифракционе решетке су кориштене у СТЕМ-у за прављење вртложних греда са орбиталним угластим замахом 31, 32, 33 и Бесселових греда за снимање веома дугих поља 34 .

Иако су све ове методе важни кораци за побољшање СТЕМ снимања изван једноставног контраста масе-дебљине АДФ-СТЕМ, веома је пожељно развити технику снимања високе резолуције са директно интерпретативним контрастом, који такође може радити са високом ефикасношћу за смањење снопа оштећења. Ово би могло проширити употребу СТЕМ-а за решавање важних питања у биолошком пољу, као и хибридне тврде / меке материјале 35, 36 .

У овом рукопису представљамо симулације и доказ принципа експеримента за нову врсту фазно-контрастне електронске микроскопије под називом подударна светлост и интерферометрија детектора (МИДИ) -СТЕМ. МИДИ-СТЕМ комбинује концепте фазних решетки, корекције аберације, брзих пикселираних директних електронских детектора и реконструкције фаза користећи интерференцијски образац (као што је електронска холографија). Метода МИДИ-СТЕМ производи скоро идеалне линеарне фазно-контрастне слике у широком распону просторних фреквенција са врло високом ефикасношћу и потенцијално се могу користити за снимање узорака меких материја и осетљивих на сноп при атомској резолуцији.

Резултати

Опис експерименталне инсталације МИДИ-СТЕМ

Поједностављени дијаграм који упоређује конвенционалну експерименталну поставку СТЕМ (слика 1а) и МИДИ-СТЕМ (слика 1б) приказан је на слици 1. У конвенционалним експериментима СТЕМ сонда се формира равним таласом који пада на кружни кондензатор отвор бленде. Елементи сочива користе се за стварање кружног електронског снопа са (приближно) константном фазом, који се конвертира у атомску сонду на равни узорка. Електромагнетни дефлектори скенирају сонду преко површине узорка у 2Д узорку решетке. Као што је приказано на слици 1а, пост-узорак, монолитни детектори се интегришу у областима дифракције електрона с распршеним (тамно поље) или не-распршено (светло поље). Приказане су две уобичајене конфигурације детектора, АДФ детектор и БФ детектор.

Image

( а ) Конвенционално подешавање, са округлим отвором за обликовање сонде и монолитним, АДС и БФ детекторима са једним пикселом испод узорка. ( б ) постављање МИДИ-СТЕМ, са узорком са узорком постављеним у отвору за обликовање сонде и пикселираним детектором испод узорка.

Слика пуне величине

У експерименту МИДИ-СТЕМ, дијаграмираном на слици 1б, плоча са узорком је постављена на отвор бленде који формира сонду. Фазна плоча састоји се од наизменичних концентричних ровова једнаке површине где је танки филм СиН обрађен фокусираним јонским снопом. Сваки наизменични прстен примењује или 0 или π / 2-фазни помак због локалне СиН дебљине. Ова фазна плоча генерише сонду са уграђеним референтним таласом, која се затим скенира преко узорка као у традиционалном СТЕМ снимању. У овом случају, сигнал високог угла распршивања снима традиционални АДФ детектор, а пикселирани директни детектор електрона користи се за снимање слике пренесеног средњег снопа на свакој скенираној позицији. АДФ детектор производи сигнал који је врло сличан уобичајеном експерименту АДФ-СТЕМ. Слике средњег снопа прослеђују се обрађују постављањем виртуелног детектора који одговара геометрији фазне плоче која производи приближно линеарни фазни сигнал. Виртуални детектор састоји се од прстенастих и прстенастих прстенова са непарним бројевима обликованих фазном плочом, при чему се фазни сигнал даје разликом између зброја свих интензитета непарних прстенова умањених за зброј свих парова интензитета прстена. Прецизно поравнавање прстенова виртуалног детектора може се постићи коришћењем слике средишњег снопа у вакууму или упоређивањем свих слика дифракцијског узорка и постављањем елипса на ивице прстена 37 . Способност да се виртуелни детектор усклади са геометријом фазне плоче коришћењем накнадне обраде, чини МИДИ-СТЕМ веома флексибилним да надокнади било какве грешке у самој фазној плочи или у електроници за скенирање. Такође је у могућности да користи скоро све нацрте фазних плоча. Остали технички детаљи МИДИ-СТЕМ модела дати су у Додатној напомени 1 и Додатној слици 1.

Функција преноса контраста (ЦТФ) у микроскопској техници описује измерени контраст као функцију угла распршења или просторне фреквенције 15 . Монотонски смањујући ЦТФ који пролази и са ниским и са високим просторним фреквенцијама пожељан је за једноставну интерпретацију слике. ЦТФ МИДИ-СТЕМ може се израчунати из преклапајућег подручја од 0 и π / 2 сонде за неразграђени средишњи диск и распршени диск. Пример МИДИ-СТЕМ ЦТФ је приказан на слици 2ц, где је геометрија фазне плоче приказана на слици 2а. Слика за скенирајућу електронску микроскопију на слици 2б показује тачну фазну плочу коришћену у овом истраживању, која даје ЦТФ цртеж на слици 2д. Геометријска конструкција коришћена за израчунавање МИДИ-СТЕМ ЦТФ-а је детаљније приказана на допунским сликама 2, 3 и 4 и додатној напомени 2.

Image

( а ) шема фазне плоче са 4 пара прстенова и ( б ) скенирање електронске микроскопске слике узоркане фазне плоче са 20 парова прстена коришћених у овом истраживању. Линија скале, 5 µм. Израчунати ЦТФ за ( а, б ) су исцртани у ( ц, д ), респективно. Црне дијагоналне линије показују ЦТФ за идеалан експериментални СТЕМ експеримент.

Слика пуне величине

МИДИ-СТЕМ експеримент

Извели смо МИДИ-СТЕМ експеримент да бисмо приказали високо хетероген узорак који се састоји од случајно оријентисаних наночестица кубоктаедралног злата (НП) подржаних на танком аморфном угљеном филму како бисмо демонстрирали линеарне могућности снимања ове технике. Просечна слика средњег снопа са свих позиција сонде приказана је на слици 3а, са намештеним ивицама виртуелног детектора прекривеним на десној половини слике црвеним линијама. Имајте на уму да је контраст смањен тако да се видљиви прстенови на фазној плочи виде. Детектор АДФ није видљив на овом нивоу контраста, али је постављен тако да је унутрашњи угао детектора био непосредно преко ивице прстена с највише спољне фазе на 20 мрад.

Image

( а ) Слика средњег снопа у поређењу са свим дифракцијским узорцима. Истовремено, снимљене су слике златних НП на танком карбонском носачу ( б ) користећи виртуелни детектор (ивице означене црвеним линијама) приказане у ( а, ц ) коришћењем конвенционалног детектора АДФ-СТЕМ. Вага, 2 нм. ( д ) Исто као и у ( б ), са златним НП-ом засјењеним насумичним бојама како би нагласили околни угљеник. ( е - г ) Линијски трагови са позицијама приказаним у ( д ) за слике ( б, ц ).

Слика пуне величине

На слици 3б, ц приказујемо МИДИ-СТЕМ слику реконструисану помоћу подударног виртуелног детектора и истовремено снимљене слике детектора АДФ. АДФ слика показује јак контраст за златне НП, а атомске равни су видљиве у неколико НП-а, типично са размаком (111) равни. Носач угљеника је врло слабо видљив на АДФ слици, и иако се може разликовати од вакуума, не могу се добити никакве структурне информације.

Слика МИДИ-СТЕМ приказана на слици 3б такође показује добар контраст за НП, са сличним СНР-ом за атомске равни као АДФ слика на слици 3ц. Поред тога, слика МИДИ-СТЕМ такође показује веома јак контраст за угљенични носач, посебно на ивици вакуума. Слика АДФ коришћена је за осликавање подручја заузетог златних НП-а на Сл. 3д како би се нагласила околна структура угљеника. Унутар карбонског филма примећујемо области корелираног интензитета између суседних пиксела, и у брзом (хоризонталном) и у спорем (вертикалном) правцу. Будући да је сваки сликовни пиксел засебна позиција сонде која представља потпуно независно мјерење, ове карактеристике приписујемо атомском групирању карактеристика структура сличних нитима за које се зна да постоје у аморфном угљенику 38 . НП-ови злата такође имају значајан додатни контраст који тумачимо као аморфни угљен-групљање око честица. Извор овог угљеника може бити из процеса израде узорка, из околне подлоге или контаминације из претходних СТЕМ скенирања коришћених за фокусирање. Овај додатни контраст није видљив на АДФ сликама (осим можда као слаба „нејасност“) што показује да АДФ снимање сузбија слабо расипање атома, као што је угљен, због чега узорци изгледају чистији него што стварно јесу. АДФ-СТЕМ је у суштини пристран према материјалима који се јако распршују, а овај експеримент показује могућности МИДИ-СТЕМ-а да истовремено слика материјале са ниским и високим расипањем.

Три црта трагова узета са слика МИДИ-СТЕМ и АДФ-СТЕМ са слике 3б, ц приказана је на слици 3е-г. Слика 3е показује да су и МИДИ- и АДФ-СТЕМ осетљиви на атомске решеткасте равни НП-а, са приближно истим СНР-ом. Лева страна слике 3ф показује да обе методе показују контраст дебљине за НП ван зоне осе, али ивица угљеног супстрата у вакууму је у основи невидљива на АДФ-СТЕМ слици, док је снажно видљива на МИДИ-СТЕМ слици . Најзад, траг на слици 3г поред само аморфног угљеника показује снажне структурне флуктуације у МИДИ-СТЕМ-у и опет нема контраста у АДФ-СТЕМ. Слика МИДИ-СТЕМ показује полагано варирајући интензитет у вакууму, јер је то техника диференцијалне фазе (слична високопропусном филтеру) која не може дохватити дц компоненту или веома ниске просторне фреквенције. То је видљиво на ЦТФ кривуљама приказаним на слици 2.

Контрастни пренос МИДИ-СТЕМ слика из симулације

Да бисмо потврдили наше експерименталне резултате, симулирали смо МИДИ-СТЕМ експеримент сличног узорка помоћу мултислице методе. Пројектовани потенцијал узорка и атомистичког модела приказани су на слици 4а, б. Симулирани узорак састоји се од случајно оријентисаних кубоктаедралних златних НП-а причвршћених на клинасто подлогу од аморфног угљеника. Реалне аморфне атомске координате од 38 су поплочене у клин са максималном дебљином од 5 нм на левој страни и минималном дебљином на ивици супстрата / вакуума од 3 нм. Није додат додатни угљеник изнад златних НП као што се види у експерименталним резултатима. Симулирано СТЕМ скенирање од 300 × 300 положаја сонде са размаком положаја сонде 0, 5 А, било је ограничено на зелени оквир прекривен пројицираним потенцијалом.

Image

( а ) Пројектовани потенцијал и ( б ) одговарајући атомистички тродимензионални модел. Вага, 2 нм. Слике су генерисане скенирањем преко подручја затвореног у зеленом оквиру користећи два уобичајена начина снимања СТЕМ ( ц - е ) БФ-СТЕМ и ( ф - х ) АДФ-СТЕМ и ( и - к ) МИДИ – СТЕМ. Симулације су приказане за ( ц, ф, и ) бесконачну и ( д, г, ј ) умерену дозу. ( е, х, к ) Квантитативно поређење између пројектованог потенцијала и измереног сигнала бесконачне дозе показује да је МИДИ-СТЕМ значајно линеарније мерење од традиционалних метода.

Слика пуне величине

На слици 4ц – к разматране су три конфигурације детектора; БФ-СТЕМ детектор конструисан сабирањем преко централног сондног диска од 0 до 17 мрад, (ниским углом) АДФ-СТЕМ детектором од 20 до 95 мрад и МИДИ – СТЕМ виртуелним детектором који се састоји од електрона снимљених на непарним прстенима минус оних снимљено у парним прстенима. Геометрије детектора изабране су да одговарају експерименталној поставци која је раније представљена, мада су експериментално доступни само експериментални АДФ- и МИДИ-СТЕМ сигнали. Све симулиране слике се цртају помоћу бесконачне дозе (без буке) и са интермедијарном дозом од 500 е - А −2 . Поред тога, слике се квантитативно процењују цртањем измереног интензитета сигнала у бесконачној дози као део укупног упадљивог електрона у односу на пројектовани потенцијал узорка на свакој позицији сонде. Пиксели су раздвојени у две групе које одговарају положају сонде на само аморфном угљенику (плави) или положају сонде, укључујући и угљеник и злато (црвено) у пројекцији. Полиномна линија тренда (црна) постављена је на све тачке као водич за око. Имајте на уму да при убрзању напона од 300 кВ, пројектовани потенцијал од 1500 В А отприлике одговара π -фазном помаку таласа електрона и зато овај узорак не поштује апроксимацију слабе фазе.

Симулације БФ- и АДФ-СТЕМ су у основи комплементарне, што се и очекивало када се користи тако низак унутрашњи угао за АДФ детектор. Обе показују јак контраст за златне НП и слаб контраст за угљеничну супстрат у бесконачној дози електрона. Међутим, када се користи доза од само 500 е - А −2, БФ-СТЕМ сигнал је преплављен шумом; видљиви су само слаби обриси НП-а, а подлога је готово невидљива. АДФ-СТЕМ слика ствара релативно бољи контраст при нижим дозама, јер НП показују високи контраст како за атомске стубове тако и за атомске равни. На овој слици АДФ-СТЕМ подлога се може разликовати од вакуума, али не могу се добити никакве структурне информације. Типичнија слика АДФ-СТЕМ високог угла са великим унутрашњим углом детектора (> 50 мрад) овог узорка ствара нешто бољу слику злата, али значајно мање контраста за угљеничну подлогу.

Симулирана МИДИ-СТЕМ слика у поређењу показује веома јак контраст и за НП и за аморфну ​​супстрат. Чак и при дози електрона много нижој од уобичајених експеримената са СТЕМ-ом, атоми положаја и равни су видљиви у НП-има, контраста који је отприлике еквивалентан АДФ-СТЕМ сликама. Међутим, контраст аморфног супстрата је значајно повећан, а детаљи слике пројицираног потенцијала у атомској скали видљиви су на сликама бесконачне дозе. Слика с коначном дозом МИДИ-СТЕМ такође показује много истих структуралних детаља у поређењу са фином структуром пројицираног потенцијала. Квалитативно, ефикасност МИДИ-СТЕМ се објашњава његовом способношћу да мери мале догађаје распршивања због наизменичних прстенова фазне плоче. Графикон пројектованог потенцијала у односу на измерени МИДИ-СТЕМ сигнал показује да је он далеко линеарнији од БФ- или АДФ-СТЕМ и да има много чвршћу дистрибуцију мерења. Важно је да и угљенични и златни плус угљенични сигнали падају на исту приближно линеарну криву. Примарни извори нелинеарности у мерењу МИДИ-СТЕМ су ефекат филтрирања високих пролаза МИДИ – СТЕМ (мањи ефекат на скали 20 нм видног поља) и смањени број електрона на располагању да се распрше за дебљи региона узорка.

Дискусија

Важно је нагласити да су кључне предности ове методе њена примена за меке материјале који су осетљиви на снопе и предности линеарног преноса контраста у правцу проучавања тврдог / меког сучеља у науци о материјалима. Извештавали смо и о експерименталној и теоријској ваљаности МИДИ-СТЕМ за узорак златних НП на аморфном угљеничном носачу као врло општи случај високо хетерогеног узорка као доказ принципа. Да бисмо истражили границе МИДИ-СТЕМ методе, извели смо вишеслојну симулацију ДНК исјечка који повезује два злата НП на једном слоју графена, исцртаног на слици 5. ДНК је одабран због своје добро познате структуре са слабим расипањем и осетљивост на умерену дозу. Коришћени су исти параметри микроскопа и детектори као на слици 4 и симулиране су дозе електрона у бесконачности, 500 и 100 е - А −2 . Међутим, за разлику од слике 4ц – х, на слици 5ц – х симулације БФ- и АДФ-СТЕМ изведене су коришћењем конвенционалне СТЕМ сонде без фазне плоче. Као што је горе, ни слике БФ- ни АДФ-СТЕМ не показују приметни контраст у одсеку ДНК при не-бесконачној дози електрона. Супротно томе, слике МИДИ-СТЕМ (слика 5и-к) показују линеарни контраст чак и при прилично малим дозама електрона. Чак и при тако малим дозама, МИДИ-СТЕМ ствара довољно контраста да препозна не само присуство или одсуство био-молекула, већ и облик овојнице и оријентацију, док је фокусиран. МИДИ-СТЕМ је стога обећавајућа техника за обраду релативно зрачних тврдих био-молекула и хетероструктура попут тврдог и меког интерфејса. За био-молекуле који су осетљиви на дозу, високофокусирани крио-ЕМ је ефикаснија метода снимања, али многи узорци не могу удовољити захтјевима крио-ЕМ многих добро раздвојених идентичних структура, без снажно распршених компоненти. Исте атомске координате користе се за поређење са фазним контрастом, дефокусираним ХРТЕМ сликама у Додатној напомени 3 и Додатној слици 5, користећи методе деконволуције описане у реф. 14. Ове симулације показују да се више података може добити из ХРТЕМ снимања, али за то су потребне велике вредности дефокусирања које могу произвести артефакте делокализације.

Image

( а ) Пројектовани потенцијал ДНК исјечка који повезује два злата НП на једном слоју графенског супстрата и ( б ) одговарајући атомистички тродимензионални модел. Вага, 2 нм. Слике су настале скенирањем преко површине затворене у зеленој кутији коришћењем ( ц - е ) БФ-СТЕМ, ( ф - х ) АДФ-СТЕМ и ( и - к ) МИДИ-СТЕМ у бесконачним и двема малим дозама електрона. Конвенционалне СТЕМ сонде коришћене су за БФ- и АДФ-СТЕМ, док је за прстене МИДИ – СТЕМ коришћено 20 парова прстена.

Слика пуне величине

Укратко, експериментално смо показали МИДИ-СТЕМ методу слике са великим обећањима за побољшање контраста у СТЕМ сликама за слабо расипање материјала. Такође смо извршили вишеслојне симулације узорка реално моделираног након нашег експеримента како би потврдили нашу интерпретацију експерименталних резултата. У овом експерименту, ми смо снимили златне НП на аморфном карбонском носачу, користећи пикселирани директни електронски детектор да конструишемо виртуелне детекторе потребне за МИДИ-СТЕМ, истовремено снимајући АДФ-СТЕМ слику. Слика МИДИ-СТЕМ истовремено је показала атомско-равни контраст за високо распршујуће златне НП и аморфну ​​структуру угљених подручја. Структурне карактеристике скоро атомске скале биле су јасно видљиве у аморфном карбонском филму, показујући да је МИДИ-СТЕМ обећавајући кандидат за директно сликање узорака који се састоје и од тврде и меке материје при атомској или близу атомској резолуцији користећи релативно мале дозе електрона. Основне предности МИДИ-СТЕМ су висока ефикасност сигнала, добар пренос информација о ниским просторним фреквенцијама и способност слике док су у фокусу да минимизирају делокализацију сигнала. МИДИ-СТЕМ такође треба да дозволи могућност корекције аберације софтвера после набавке коришћењем психографских метода.

Методе

Експериментално

Сви експериментални резултати представљени у овом раду снимљени су на ТЕАМ И, исправљеном абразацијом ФЕИ Титан 80-300, који ради у СТЕМ режиму при 300 кВ са полукутом конвергенције од 17, 2 мрад. Геометрија фазне плоче која је коришћена за обликовање МИДИ-СТЕМ сонде биле су плоче Фреснелове зоне једнаке површине са 20 парова прстена, израђене коришћењем усмереног јонског мљевења СиН мембране 33 . Пренос електронског дифракцијског узорка на свакој позицији сонде снимљен је коришћењем Гатан К2 ИС директног електронског детектора са 3.840 × 3.712 пиксела, који ради са 400 сличица у секунди и бинисан је 2. Снимање камере и скенирање сонде синхронизовано је коришћењем Гатан Дигисцан-а. Сонда је скенирана преко 14, 5 нм видног поља са 256 × 256 положајима сонде како би се створио четверодимензионални сет података 256 × 256 × 1.920 × 1.792 СТЕМ који се састоји од 420 ГБ необрађених слика.

Анализа и симулација

Пост-обрада која одговара виртуалном детектору извршена је помоћу прилагођених скрипти у МАТЛАБ-у. Све симулације у више слојева изведене су коришћењем прилагођених МАТЛАБ кодова који прате методе Киркланд 15, користећи исте параметре микроскопа као у експерименту и осам конфигурација смрзнутих фонона. СТЕМ сонде распоређене су на 0, 5 А, а величина пиксела за симулацију била је 0, 2 А. Експериментални и симулирани параметри микроскопа оптимизовани су да дају највећи контраст. Модел који детаљно приказује геометријске израчуне ЦТФ дан је у Додатним напоменама 1 и 2.

Додатне Информације

Како цитирати овај чланак: Опхус, Ц. ет ал. Ефикасан линеарни фазни контраст у скенирању трансмисионе електронске микроскопије са подударним осветљењем и детекционом интерферометријом. Нат. Цоммун. 7: 10719 дои: 10.1038 / нцоммс10719 (2016).

Додатне информације

ПДФ датотеке

  1. 1.

    Додатне информације

    Додатне слике 1-5, додатне напомене 1-3 и додатне референце

Коментари

Подношењем коментара пристајете да се придржавате наших Услова и Смерница заједнице. Ако нађете нешто злоупотребно или то није у складу са нашим условима или смерницама, означите то као непримерено.