电子束成像新形式：可以看到在普通方法中不可见的元素
本帖最后由 小柒啊 于 2017-7-2 22:27 编辑伯克利实验室研制出了MIDI-STEM上图右侧，电子束通过一个圆环的相位盘，获得一个高分辨图像，可以同时提供有关样品包含的重元素（金颗粒）和氢元素（碳支持膜）的信息。使用传统成像技术（左侧），有关碳的细节会消失。
Credit: (Colin Ophus/Berkeley Lab, Nature Communications: 10.1038/ncomms10719
电子对延伸我们对微观物体的视野，大大超过可见光可能达到的分辨率，所有实现原子尺度的方法中，STEM（扫描透射电镜）是一种受欢迎的电子显微技术。但STEM中高度聚焦的电子束可能很容易破坏样品细节。
这就是为什么使用电子对生物或其他有机物质，比如含有锂的化学结构-在下一代电池研究中受欢迎的元素，一种轻金属，需要非常低的电子辐射剂量。
美国能源部和劳伦斯伯克利国家实验室的科学家，已经研制一个新的成像技术，测试了纳米尺度的黄金和碳样品，使用更少的电子，极大改善了轻元素图像。
新的技术被称作MIDI-STEM（Matched illumination and Detector Interferometry照明匹配和探测器干涉法），将STEM与一个被称作相位盘（可以改变峰、谷的交替，电子束的波动性质）的光学装置结合，相位盘以一个允许在北侧材料中微小变化的方法来改变电子束，而且揭示了传统STEM图像中不可见的材料。
另外一个基于电子，用来研究确定精细结构的方法，被称作冷冻电镜技术，冷冻生物样品，冷冻电镜对于单个颗粒是一个强大工具，被命名为科学杂志《自然》2015年年度方法。他的一个典型要求，在许多一致的样品中取平均，才会行之有效。冷冻电镜不常用于研究混合重元素（如大多类型的金属）和轻元素（氧和碳）的样品。
Credit: Colin Ophus/Berkeley Lab
这个图说明一个一个干涉花样（右下），当电子束通过样品时，由一个被称作相位盘（右上）环形物体引起。红色代表电子束，中间的蓝色波代表电子通过样品波动相位变化。右边是被伯克利实验室研制的被重做MIDI-STEM技术。左边是一个传统没有相位盘的STEM技术。
-------------------
”MIDI-STEM方法，对于看到混合甚或紧密结合了重和轻元素的结构提供希望，“。一个伯克利实验室分子铸造项目科学家Colin Ophus说。他是于2月29日发表在自然通讯上详细描述这个方法文章的第一作者。
如果你在一个重元素的纳米颗粒上附加分子，赋予它一个特定功能，传统STEM技术不能提供简单清晰的方法看到纳米颗粒和被加入的分子接触的地方。
"你如何对中？如何取向？”Ophus 问道，“有关这个系统的许多问题，因为没有看到他们的办法，我们不能直接回答。”
那些可以在强烈的电子束辐射中“硬”的样品，当传统STEM有效时，对于生物样品最好使用冷冻电镜技术。“我们使用MIDI-STEM技术可以做到同时。 Peter ErciusS，一个伯克利实验室分子铸造专业的合作研究这说。
在MIDI-STEM技术中的相位盘，允许直接测量和样品轻元素弱散射电子相位，这些测量然后被用于构造这个元素所谓相衬图像。没有这个相位信息，这些元素的高分辨图像不可能看到。
在这个研究中， 研究员们将相位盘技术和一台伯克利实验室的世界最高分辨率的STEM，还有高速电子探测器结合在一起，
他们获得了，截面几个纳米的结晶黄金纳米颗粒样品，支持颗粒无定形碳超波膜样品图像。他们还对他们在试验中所看到的进行计算机模拟确认。
MIDI-STEM技术可以证明对直接观察混合了重和轻材料的纳米尺度物体相当有用。比如一些电池能量富集材料，传统方法在原子分辨率下很难仪器看到原子尺度分辨率。
它还可以用来揭示有关重要的二维蛋白质新的细节，被称作，S-layer 蛋白质，可以作为纳米结构功能成的基础，但使用其他电子显微术研究原子尺度细节是极大挑战。
未来，更快的更灵敏的电子探测器可以允许研究人员，每张图像使用更少的电子曝光 ，在改善的分辨率下，获得更精细的样品结构。
”如果你能降低电子辐射剂量，又可以倾斜电子束敏感样品，多取向，3D重构样品，像医学CT扫描，还需要解决数据处理问题。“ Ercius说，因为更快的探测器将产生巨量数据，另一个目的是让这个技术可以”即插即用“，让其他科学家广泛使用。
http://dn.cailiaoren.com/forum/201705/24/203815vzbt8irm3gy3kkz0.png
页:
[1]