[发明专利]在TEM的衍射平面中使用的阻挡部件

说明书

技术领域

本发明涉及用于对样本进行成像的透射电子显微镜，所述透射电子显微镜示出其中形成样本的衍射图案的衍射平面，所述衍射图案表示傅立叶域中的样本的图像，所述透射电子显微镜包括位于衍射平面中的阻挡部件或其图像，所述阻挡部件阻挡傅立叶域的一部分，所述傅立叶域的被阻挡部分沿着至少一个方向从低空间频率延伸至高空间频率。

背景技术

从K. Downing等人的“Discrimination of heavy and light components in electron microscopy using single-sideband holographic techniques”（Optik 42 (1975), 第155-175页）得知此类透射电子显微镜（TEM），并将其称为单边带成像。

在透射电子显微镜（TEM）中，通过用一束电子来照射样本对样本进行成像。此电子束常常是平行射束。通常，样本薄到足以使大多数电子穿透样本。某些电子通常被样本弹性地散射，并使样本处于与其进入样本的方向不同的另一方向。这些被散射的电子被物镜聚焦并在所述物镜的后焦平面（也称为衍射平面）中形成衍射图案。

应注意的是衍射平面中的每个位置与电子离开样本的特定角度相对应。因此，在衍射平面中形成的图案表示图像平面到傅立叶平面的（傅立叶）变换。

为了对样本进行成像，存在两个对比度机制：相位对比度和吸收对比度。由于未被弹性散射的电子阻挡地穿过样本的电子的干扰而发生相位对比度。相位对比度通常在样本包括很少重原子和许多轻原子（诸如，碳、氢等）时发生。应注意的是在相位对比度中，电子的能量几乎不变，并且因此将其称为弹性偏转。

在另一对比度机制即吸收中，电子在更大得多的角内被散射，作为其结果，电子被例如衍射平面中的孔拦截。某些电子甚至被反射，导致产生背散射电子。此外，某些电子由于例如电离事件而失去能量，并且不再聚焦在衍射平面中。所有这些导致这些电子不对成像有所贡献，并且一般称为非弹性偏转。

应注意的是生物样本、聚合物等常常显示出相位对比度和很少的吸收对比度。

常常用对比度传递函数（CTF）来表示TEM的相位对比度，其将对比度表示为空间频率的函数。CTF又可以被描述为两个子函数的乘积：包络函数和相位对比度传递函数，这两个函数也都是空间频率的函数。在通过引用结合到本文中的R.M. Glaeser等人（2007）的“Electron Crystallography of Biological Macromolecules”（Oxford University Press, ISBN 978-0-19-508871-7）中找到这些函数的详细说明及其相互依赖关系。更具体地说是在第67～72页的段落3.8和3.9中。

特别地，相位对比度传递函数是对样本进行成像的透镜的散焦的函数，并因此是从样本到透镜的焦平面的距离的函数。为了实现相对宽的空间频带内的对比度，TEM的用户常常在所谓的Scherzer散焦下进行操作。Glaeser描述了众所周知的scherzer散焦（还参见所述出版物的图3.4）和所得到的相位对比度传递函数（参见所述出版物的例如图3.5）。如在第69～72页的段落3.9中描述的相位对比度传递函数与包络函数的相乘得到CTF。

应注意的是对于高频率而言，相对对比度传递函数显示出在+1与-1之间的振荡，因此，CTF显示出类似的振荡。特别地，第一零交叉在哪个频率下发生取决于样本到成像透镜的焦平面的距离。常常使用Scherzer散焦，因为其显示出大的频带，其中，CTF连续地是正的（在零以上）。对于现代TEM和生物样本而言，PCTF，Scherzer散焦下的第一零交叉通常在3 nm^-1之上的空间频率处，与0.3nm的图像中的分辨率相对应（3埃）。通常认为此类分辨率足以用于生物成像。

如本领域的技术人员众所周知的，并且如在前述文献中所示，CTF对于低空间频率而言是低的。这意味着在显示出相位对比度的样本的图像中，难以检测大的结构。

在单边带成像的已知方法中，如由Downing所描述的，通过将刀边缘放置在衍射平面中、覆盖衍射图案的50%来阻挡（去除）半个衍射平面。作为这一半电子的结果，被散射、使得其不能被刀边缘拦截的电子不能干扰未衍射电子的中心射束。