低能電子顯微鏡的波動光學(xué)理論與實驗驗證.pdf

1、低能電子顯微鏡是一種對低維和表面樣品進(jìn)行實時原位、單原子層敏感、縱向原子分辨的高端表面分析技術(shù)，并具備在實空間和倒易空間對低維材料原位生長動力學(xué)、物理化學(xué)反應(yīng)過程進(jìn)行實時分析的功能。利用低能電子成像是低能電子顯微鏡最基本也是最重要的表征手段，低能電子顯微成像擁有豐富的襯度信息，其襯度形成機(jī)理可分為衍射襯度和相位襯度兩種。深入理解低能電子顯微鏡的成像原理和襯度機(jī)制將為低能電子顯微鏡進(jìn)行表面分析研究提供有效手段。
　　我們利用重慶大學(xué)

2、獨特的三磁偏轉(zhuǎn)器像差糾正低能電子顯微鏡首次觀測到了單原子臺階的高階菲涅爾衍射條紋，實驗驗證了菲涅爾雙光闌模型、襯度傳遞函數(shù)理論和傅里葉光學(xué)模型對原子臺階高階菲涅爾衍射條紋的理論預(yù)測。
　　本論文研究了低能電子顯微鏡不同波動光學(xué)理論模型下的成像機(jī)制，重點運用襯度傳遞函數(shù)理論(Contrast Transfer Function)系統(tǒng)研究了襯度光闌(Contrast Aperture)、色差包絡(luò)函數(shù)(Chromatic Envelop

3、eFunction)、離焦條件(Defocus)和點源擴(kuò)展函數(shù)(Source Extension)對像差糾正和非像差糾正的低能電子顯微鏡下單原子臺階襯度強(qiáng)度分布的影響。
　　研究結(jié)果表明：
　　(1)原子臺階的高階菲涅爾衍射是一種普適現(xiàn)象。不僅在臺階上，在表面吸附和劃痕兩側(cè)也有高階菲涅爾衍射條紋。這為反射式低能電子全息顯微鏡提供直接實驗證據(jù)；
　　(2)襯度光闌所限制的空間截止頻率擁有一個閾值：高于這個閾值，光闌對原子

4、臺階的襯度分布沒有影響；電子源的色差會增寬低能電子顯微鏡下原子臺階襯度的衍射條紋并抑制高階衍射項的出現(xiàn)；較大的離焦成像會弱化低能電子顯微鏡中像差對成像的影響，并放大點源擴(kuò)展函數(shù)對成像的貢獻(xiàn)；
　　(3)襯度傳遞函數(shù)理論對Ag(111)單原子臺階高階菲涅爾衍射條紋的模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)匹配，證明了襯度傳遞函數(shù)理論在低能電子顯微鏡單原子臺階襯度分析的有效性；
　　(4)通過數(shù)據(jù)擬合，我們得到冷場發(fā)射電子源的發(fā)散角α為0.05 mr