新的显微镜技术改进了原子尺度的成像

当在原子尺度上捕捉图像时，即使是样本的微小移动也可能导致图像扭曲或扭曲——而这些移动实际上是不可能防止的。现在，北卡罗莱纳州立大学的显微镜研究人员开发了一种新技术，可以解释这种运动，并消除成品的失真。

争论的焦点是扫描透射电子显微镜(TEMs)，它可以捕捉材料单个原子的图像。为了拍摄这些图像，科学家们必须允许探测器扫描样本区域——该区域的面积小于25纳米平方。这种扫描可能需要几十秒。

样品放置在支撑杆上，当扫描进行时，支撑杆会由于环境温度的细微变化而膨胀或收缩。棒子的膨胀或收缩肉眼是察觉不到的，但由于样品面积是以纳米为单位测量的，棒子的移动会导致样品材料轻微移动。这种所谓的“漂移”会导致TEM扫描图像明显失真。

“但是我们的方法有效地消除了漂移对扫描TEM图像的影响，”詹姆斯·勒博博士说，他是北卡罗来纳州材料科学和工程的助理教授，也是一篇描述这项工作的论文的资深作者。

研究人员对显微镜进行了编程，使其旋转扫描样本的方向。例如，它可能首先从左到右扫描图像，然后从上到下扫描一次，然后从右到左，然后从下到上。每个扫描方向都捕捉到从不同的有利位置漂移造成的失真。

研究人员将这些图像插入他们开发的一个程序中，该程序可以测量每张图像的特征，并使用这些数据来确定样本内漂移的精确方向和程度。一旦漂移被量化，就可以对图像进行调整，以消除漂移造成的失真。生成的图像准确地反映了样品的实际结构，并为科学家理解原子间的键合提供了新的能力。

勒博说:“从历史上看，漂移的一个主要问题是，在任何纳米级图像中都需要有参考材料，这样才能知道图像是如何被扭曲的。”“这项技术让这种情况变得不必要。这意味着我们现在可以观察完全未知的样品，并发现它们的晶体结构——这是帮助我们控制材料物理特性的重要一步。”

纸”,旋转扫描透射电子显微镜:在没有先验知识的情况下校正样品漂移畸变，将于三月号出版Ultramicroscopy．该论文的第一作者是北卡罗来纳州立大学博士后研究员桑夏涵博士。这项技术正在申请专利。

希普曼-

编辑:研究摘要如下。

旋转扫描透射电子显微镜:在没有先验知识的情况下校正样品漂移畸变

作者:夏晗·桑和詹姆斯·m·勒博，北卡罗莱纳州立大学

发表: 2014年3月,Ultramicroscopy

文摘:我们报道了旋转扫描透射电子显微镜(RevSTEM)的发展，该技术可以在不需要先验晶体结构信息的情况下，对原子分辨率图像进行表征和去除样品漂移畸变。为了测量和校正畸变，我们通过在连续帧之间旋转扫描坐标系来获取图像序列。通过理论和实验，我们表明旋转图像系列捕获了分析样本漂移率和方向所需的信息。在原子分辨率下，我们使用投影标准差来量化图像失真，这是一种快速的、真实空间的方法，可以直接测量晶格向量角度。通过拟合这些角度到一个物理模型，我们表明，精炼的漂移参数提供了所需的输入，以纠正整个系列的失真。我们证明，restem同时消除了对先验结构信息的需要，以纠正失真，导致信噪比的显著提高，并使picometer的精度和精度，而不管漂移率。