회절 이미징

"회절 이미징"은 시료의 회절 패턴으로부터 시료의 구조 이미지를 재구성하는 방법입니다. 회절 패턴은 렌즈 수차의 영향을 덜 받기 때문에 획득한 구조 이미지의 해상도는 회절 패턴의 최대 회절각에 의해 결정되므로 HREM 이미지(촬영된 이미지)보다 고해상도의 구조 이미지(진폭 이미지 및 위상 이미지) 렌즈를 사용하여)를 얻을 수 있습니다. 이 방법은 X선 회절법 분야에서 활발히 연구되어 왔으며, "결맞음 회절 이미징"이라고 합니다. 전자현미경에서는 이 방법을 "회절 이미징" 또는 "회절 현미경"이라고 합니다. 이 방법은 탄소나노튜브 등에 적용되어 0.1nm 부근의 공간해상도를 얻었다. 또한 이 방법은 결정뿐만 아니라 단분자 시료와 같은 비주기 구조 시료에도 적용할 수 있다. 이미지를 재구성하기 위해 Fourier 반복 위상 복구 방법이 사용됩니다. 즉, 회절 진폭의 크기는 시편에서 채취한 회절 강도의 제곱근으로 계산되며, 회절 진폭에는 임의의 초기 위상이 부여됩니다. 그런 다음 위상이 있는 회절 진폭을 푸리에 변환하여 근사 구조 이미지를 얻습니다. 획득된 이미지는 회절 패턴이 취해진 표본 영역을 초과하는 영역에서도 구조를 나타냅니다. 시편의 외형이 명확하게 결정되면 외형 치수를 제외한 영역의 영상 강도를 0(영)으로 설정한다(실공간 제약 조건). (반면, 외형의 정확한 판단이 어려운 경우에는 외형치수보다 약간 큰 시편영역('지지대'라 함)을 정의하고, 지지대를 초과하는 영역에서의 영상강도는 다음과 같이 설정한다. 0. 그런 다음 이미지는 회절 패턴으로 역 푸리에 변환됩니다. 실험진폭과 일치하지 않는 회절진폭은 실험치(역공간제약 조건)로 대체한 후 다시 푸리에 변환을 적용하여 구조영상을 얻는다. 이 과정이 반복되면서 시편의 실제 상이 점차 회복되어 최종적으로 시편의 실제 구조 이미지를 얻게 된다. 진상 회복까지의 반복 횟수는 수천 회를 넘는다. 획득된 이미지의 정확도는 회절 패턴의 원점 주변에 포함된 비탄성 산란, 전자 회로를 포함하는 검출 시스템의 노이즈 및 지지체의 외부 치수와 같은 매개 변수의 영향을 받습니다. 원래 회절 패턴을 취할 때 시편 영역(지지대)의 두 배 영역이 전자 빔으로 조명되어야 한다는 점에 유의해야 합니다. 이는 회절 패턴이 원래 표본 크기에 해당하는 단계보다 두 배 작은 단계로 샘플링되어 표본에 포함된 모든 정보를 추출할 수 있음을 의미하며, 이를 오버 샘플링 조건이라고 합니다.



회절 이미징을 위한 푸리에 반복 위상 복구 방법의 개념도. 역공간 데이터에 푸리에 변환을 적용한 후 얻어진 실제 공간 데이터에 역푸리에 변환을 반복하여 각 단계에서 구속 조건을 부여하면서 실험 회절 데이터로부터 시편의 결정 구조 이미지를 좋은 정확도로 검색합니다. 정확히는 1) 먼저, 회절 패턴으로부터 얻은 회절 진폭을 이용하고 회절 진폭에 임의의 초기 위상을 부여하여 왕복 공간의 파장을 생성한다. 2) 역공간에서 형성된 파동장은 실공간에서 영상으로 푸리에 변환된다. 3) 지원 영역 외부의 이미지 강도는 0(영)으로 설정됩니다. 4) 보정된 이미지는 역공간에서 파동장으로 역푸리에 변환된다. 5) 웨이브 필드의 진폭은 실험 회절 패턴의 진폭으로 대체됩니다. 이 주기를 반복하면 역공간의 회절 반점과 실제 공간의 파동장의 위상을 정확하게 검색할 수 있습니다. 6) 마지막으로 결정질 시료의 정확한 구조 이미지를 재구성한다.