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光学仪器 |
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日本研制出低损伤、高分辨率的电子衍射显微镜 |
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| http://cn.newmaker.com
8/1/2008 9:11:00 PM
日经BP社
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日立制作所与北海道大学试制出电子衍射显微镜，用扫描型电子显微镜（SEM）的电子光束照射样本，分析其散射光的衍射图得到放大图像。因电子光束的输出量只有30keV左右，即使碳等轻元素材料，也可用该显微镜以在不损坏样本的前提下进行观察。与以往的电子显微镜不同，因其未使用成像物镜，所以由像差导致的图像失真较小，这也是其一大特点。“做出不使用成像物镜的衍射显微镜在全球尚为首次”（北海道大学研究生院教授乡原一寿）。该显微镜能以0.34nm的分辨率观察碳纳米管样本。
一般在原子水平观察样本时，采用的是照射100keV左右的平行电子光束的透射型电子显微镜（TEM）。然而，因其能量大，会使样本产生原子移动等损伤，难以长时间、反复观察。且由于其利用成像物镜放大图像，容易由物镜像差造成图像失真及失焦。日立与北海道大学通过在电子光束输出量较小的SEM上应用衍射显微镜原理，解决了上述问题。由于光束输出量小，可使装置尺寸降至SEM同样的水平，同时有望实现与TEM相当的分辨率。
日立等此次试制的装置，是为使之射出高平行度光束，从而获得衍射图而对现有SEM的照射光学系统改进而成。同时，为了记录衍射图，还安装了驱动胶片的机构以及备有快门的TEM用相机室。此外，为了从衍射图获得观察图像，需要数千～数万次地重复进行傅立叶变换和傅立叶逆变换，为此北海道大学开发出了数据处理软件的算法，并构建了专用集群系统等。该研究已被选为科学技术振兴机构的扶持研究课题，“今后将进一步降低能量、提高分辨率”（日立制作所中央技术研究所尖端技术研究部主任研究员上村理）。不过，日立并未明确公布投产的目标期限等。为实现实用化，还需要进行减小使照射光束能量衰减的非弹性散射所造成的影响，减少来自于装置的干扰类噪声信号，以及提高电子光束的平行度等改善。
衍射显微镜的工作原理是，向样本照射电子光束获得衍射图，然后用计算机对衍射图的图像数据进行运算处理以得到观察对象的放大图像。该原理于1950年代提出，1970年代初期有人开始研究，1990年代初期在实验室水平上进行了验证实验。除电子光束外，研究人员还使用X光和激光进行过研究，但由于其波长比电子光束还长，所以分辨率都较低。
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