衍射襯度理論和應(yīng)用課件.ppt

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1、透射電子像襯度有三類(lèi)：質(zhì)量厚度襯度(簡(jiǎn)稱(chēng)質(zhì)厚襯度)衍射襯度(簡(jiǎn)稱(chēng)衍襯)相位襯度第二章衍射襯度理論和應(yīng)用(1)質(zhì)厚襯度復(fù)型和非晶物質(zhì)試樣的襯度是質(zhì)厚襯度。質(zhì)厚襯度的基礎(chǔ)是原子對(duì)電子的散射和小孔徑角成像。樣品中相鄰區(qū)域原子序數(shù)或厚度的不同，引起對(duì)電子吸收和在不同散射方向上分布的不同。原子序數(shù)大的或厚度大的區(qū)域不僅對(duì)入射電子吸收大，而且散射能力強(qiáng)，因此被散射的電子能通過(guò)物鏡光欄孔參與成像的少，被散射到光欄孔外的多，在電子像上該區(qū)域顯示暗的襯度；相反原子序數(shù)小的或厚度薄的區(qū)域，則呈現(xiàn)亮的襯度。(2)衍射襯度晶體樣品中各部分相對(duì)于入射電子束的方位不同或它們彼此屬于不同結(jié)構(gòu)的晶體，

2、因而滿足布拉格條件的程度不同，導(dǎo)致它們產(chǎn)生的衍射強(qiáng)度不同，利用透射束或某一衍射束成像，由此產(chǎn)生的襯度稱(chēng)為衍射襯度。衍射襯度對(duì)試樣方位十分敏感。在某一方位下不能看到的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，當(dāng)傾動(dòng)樣品改變方位，就有可能顯示出該細(xì)節(jié)的襯度。利用透射束或某一衍射束成明場(chǎng)像或暗場(chǎng)像，這種衍襯技術(shù)已成為研究晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的有力手段。(3)相位襯度如果除透射束外還同時(shí)讓一束或多束衍射束參加成像，就會(huì)由于各束的相位相干作用而得到晶格(條紋)像或晶體結(jié)構(gòu)(原子)像。前者是晶體中原子面的投影，后者是晶體中原子或原子集團(tuán)電勢(shì)場(chǎng)的二維投影。用來(lái)成像的衍射束越多，得到的晶體結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)越豐富。用相位襯度方法成的像

3、，稱(chēng)為高分辨像，不僅能提供樣品中研究對(duì)象的形態(tài)(在通常的倍率下相當(dāng)于明場(chǎng)像)，更重要的是提供了晶體結(jié)構(gòu)的信息。1、衍射襯度理論(1)消光距離的概念晶體的（hkl）晶面處于精確布拉格位向，入射電子受到樣品原子的強(qiáng)烈散射，當(dāng)波矢量為k的入射束到達(dá)樣品的上表面，受到晶體原子的相干散射，產(chǎn)生波矢量為k’的衍射束。但此上表面附近，參與散射的原子或晶胞數(shù)量有限，衍射強(qiáng)度很小。隨電子波在晶體內(nèi)深度方向的傳播，透射波強(qiáng)度不斷減弱，使衍射波強(qiáng)度不斷增強(qiáng)（忽略吸收效應(yīng)）。到一定深度時(shí)，透射波振幅為零，全部能量轉(zhuǎn)移到衍射波，使之為最強(qiáng)。同時(shí)，衍射波和該晶面也處于精確布拉格位向，衍射波也要發(fā)生

4、二次衍射，方向與透射波一致。則又會(huì)使透射波逐漸增強(qiáng)，衍射波逐漸變?nèi)?。由于這種動(dòng)力學(xué)相互作用，透射波強(qiáng)度和衍射波強(qiáng)度在深度方向上形成周期振蕩，振蕩的周期為消光距離。d為晶面間距，n為原子面上單位面積的晶胞數(shù)，F(xiàn)g為晶胞的散射振幅，Vc為晶胞體積。(2)衍射襯度運(yùn)動(dòng)學(xué)理論基本假設(shè)：①入射電子在樣品中只受到不多于一次的散射(試樣很薄)②入射電子的強(qiáng)度衰減可忽略（足夠偏離布拉格位向）“各級(jí)衍射束互不作用（透射束視為零級(jí)衍射束）”近似條件：①雙光束（一個(gè)透射束，一個(gè)衍射束），②柱體近似。完整晶體的衍射強(qiáng)度一衍射束通過(guò)微柱體，高為t,透射波矢量K，衍射波矢量K’，倒易矢量g，偏離矢

5、量s。只考慮z方向的傳播，衍射束振幅通過(guò)厚度元dz下表面后引起的振幅變化d?g因?yàn)閟基本與z平行g(shù)z=整數(shù)對(duì)柱體厚度從0到t積分，得衍射束強(qiáng)度Ig=?g?g*理想晶體的衍射強(qiáng)度Ig隨樣品的厚度t和衍射晶面與精確布喇格位向之間的偏離參量s而變化。所以有（1）厚度消光條紋和（2）彎曲消光條紋晶體位向確定，s恒定，則：衍射強(qiáng)度隨t周期振蕩，周期為：運(yùn)動(dòng)學(xué)理論可以形象的解釋等厚條紋，但是：?只有在s??1/?g條件下，上述規(guī)律才近似成立?根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)，當(dāng)s=0,襯度變化的周期為無(wú)窮大，但實(shí)際上這時(shí)的周期等于消光距離?g?根據(jù)衍射束強(qiáng)度公式，s=0時(shí)的衍射強(qiáng)度為(?t/?g)2,若

6、試樣厚度超過(guò)?g/?，Ig?1，即衍射束強(qiáng)度大于入射束強(qiáng)度，顯然不合理。衍射強(qiáng)度隨晶體位向變化：t恒定，衍射強(qiáng)度隨晶面偏離矢量s的變化發(fā)生周期振蕩，周期為：E處相當(dāng)于+g,F處相當(dāng)于-g,均滿足布拉格衍射條件(s=0)。在E-F中間，s<0，在E-F外側(cè)，s>0。在樣品很薄時(shí)，接近運(yùn)動(dòng)學(xué)估計(jì)的強(qiáng)度，襯度對(duì)稱(chēng)。但一般情況下，不能很好的滿足運(yùn)動(dòng)學(xué)條件，明場(chǎng)條紋襯度分布不對(duì)稱(chēng)，有以下特點(diǎn)：（1）明場(chǎng)像強(qiáng)度由s的符號(hào)決定，在s=0附近的s>0一側(cè)，有一個(gè)高透射強(qiáng)度區(qū)成為反常透射區(qū)。（2）在明場(chǎng)像s<0一側(cè)的接近s=0處，有一個(gè)強(qiáng)度的低谷，成為反常吸收區(qū)。（3）暗場(chǎng)像的條紋強(qiáng)度分

7、布，以s=0為中心左右對(duì)稱(chēng)，最大強(qiáng)度在接近s=0處。(3)衍射襯度動(dòng)力學(xué)理論考慮透射束與衍射束以及衍射束之間的交互作用，保留雙光束條件和柱體近似條件。認(rèn)為柱體中傳播的是一個(gè)波函數(shù)，透射束和衍射束是組成這個(gè)波函數(shù)的兩支波，?0(r)和?g(r)是透射束和衍射束的振幅。只考慮電子束沿z方向的傳播，用z代替r，當(dāng)電子束經(jīng)過(guò)試樣柱體dz距離時(shí)，由于這兩只波的共同貢獻(xiàn)，波函數(shù)中兩只波的振幅都有變化：（1）（2）作適當(dāng)變換并設(shè)置等效函數(shù)代入（2），取消上角標(biāo)’（3）得到組合解的形式為：（4）C為待定系數(shù)設(shè)偏離系數(shù)?=s?g=cos?將（4）代入（3）