Microscopía electrónica de transmisión de alta resolución
La microscopía electrónica de transmisión de alta resolución es un modo de imagen de los microscopios electrónicos de transmisión especializados que permite obtener imágenes directas de la estructura atómica de las muestras. [1] [2] Es una poderosa herramienta para estudiar propiedades de materiales a escala atómica, como semiconductores, metales, nanopartículas y sp 2-carbono enlazado (p. ej., grafeno, nanotubos de C). Si bien este término también se usa a menudo para referirse a la microscopía electrónica de transmisión de barrido de alta resolución, principalmente en modo de campo oscuro anular de ángulo alto, este artículo describe principalmente la obtención de imágenes de un objeto mediante el registro de la distribución de amplitud de onda espacial bidimensional en el plano de la imagen. en analogía con un microscopio de luz "clásico". Para la desambiguación, la técnica también se conoce como microscopía electrónica de transmisión de contraste de fase. En la actualidad, la resolución de punto más alta realizada en microscopía electrónica de transmisión de contraste de fase es de alrededor de 0,5 ångströms (0,050 nm ). [3] A estas pequeñas escalas, los átomos individuales de un cristal y sus defectosse puede resolver Para cristales tridimensionales, puede ser necesario combinar varias vistas, tomadas desde diferentes ángulos, en un mapa 3D. Esta técnica se llama cristalografía electrónica .
Una de las dificultades de la microscopía electrónica de transmisión de alta resolución es que la formación de imágenes depende del contraste de fase. En las imágenes de contraste de fase , el contraste no se puede interpretar de forma intuitiva, ya que la imagen está influenciada por las aberraciones de las lentes de imagen en el microscopio. Las mayores contribuciones de los instrumentos no corregidos suelen provenir del desenfoque y el astigmatismo. Este último se puede estimar a partir del llamado patrón de anillo de Thon que aparece en el módulo de transformada de Fourier de una imagen de una película amorfa delgada.
El contraste de una imagen de microscopía electrónica de transmisión de alta resolución surge de la interferencia en el plano de la imagen de la onda electrónica consigo misma. Debido a nuestra incapacidad para registrar la fase de una onda de electrones, solo se registra la amplitud en el plano de la imagen. Sin embargo, una gran parte de la información estructural de la muestra está contenida en la fase de la onda del electrón. Para detectarlo, las aberraciones del microscopio (como el desenfoque) deben ajustarse de manera que convierta la fase de la onda en el plano de salida de la muestra en amplitudes en el plano de la imagen.
La interacción de la onda de electrones con la estructura cristalográfica de la muestra es compleja, pero se puede obtener fácilmente una idea cualitativa de la interacción. Cada electrón de formación de imágenes interactúa de forma independiente con la muestra. Por encima de la muestra, la onda de un electrón se puede aproximar como una onda plana que incide sobre la superficie de la muestra. A medida que penetra en la muestra, es atraído por los potenciales atómicos positivos de los núcleos atómicos y se canaliza a lo largo de las columnas atómicas de la red cristalográfica (modelo de estado s [4] ). Al mismo tiempo, la interacción entre la onda de electrones en diferentes columnas atómicas conduce a la difracción de Bragg . La descripción exacta de la dispersión dinámica de electrones en una muestra que no satisface la aproximación del objeto de fase débil, que es casi todas las muestras reales, sigue siendo el santo grial de la microscopía electrónica. Sin embargo, la física de la dispersión de electrones y la formación de imágenes del microscopio electrónico son lo suficientemente conocidas como para permitir una simulación precisa de las imágenes del microscopio electrónico. [5]
