电镜中非晶样品厚度对非线性和线性信息成像的研究

发布时间：2020-07-08 03:58

【摘要】：现今,高分辨电子显微学已成为物理、化学、生物和材料科学等领域不可缺少的研究手段。例如在生物结构研究领域中,得到了最广泛的应用就是冷冻电镜技术。冷冻电镜的样品制备是在样品表面结成非晶水层,样品厚度较高,成像所得到的电子显微像距材料电镜的电子显微像还有一定的差距。通常在电子显微镜中的样品厚度并不能全部满足传统的像衬理论,而在冷冻电镜中,样品的厚度尺寸比材料电镜中的样品厚度尺寸更大。厚度通常带来的是非线性信息的增加从而会使像产生畸变,会导致其不反映样品的结构。本文通过xHREM软件模拟非晶水模型,结合传统像衬理论,赝弱相位物体近似理论和透射交叉系数理论近似得出非线性与线性信息的分离方法,并根据此方法利用MATLAB开发编写出分离开这两种信息的脚本程序;研究了厚度对非线性和线性信息的影响,得到了非线性与线性信息分别占主导的临界厚度,然后利用解卷技术去除了非线性信息的影响,并利用编写的解卷程序得到了非晶水结构像。
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN16;TB303
【图文】：

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逑式中ｎ表示从散射物体的原点0到物体内任意点Ｐ的矢量，ｉ？表示从户点到观察逡逑点的０’的距离，表示散射体内的体积元，ｒｚｑ＋Ｒ，如图２－１中所示．式子逡逑（２．１０）说明散射波不仅依赖于入射波，还与散射波本身有关。若认为＾，即逡逑散射波远弱于透射波，而且一般，于是项可作为二阶无穷小项而忽略逡逑之。再假设你观察点到物体的距离远大于物体的线性大小，即则有逡逑ｅｘｐ邋（广又７邋）邋ｊ邋史⑷—［２邋们？邋＞邋＿、）犷】］巧邋（２．１１）逡逑观察点逦散射体逡逑图２－１电子与物体发生散射示意图逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ邋ｏｆ邋ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ邋ａｎｄ邋ｏｂｊｅｃｔｓ逡逑从式子中可以看出，入射波只散射一次，即忽略了入射波与散射波之间的相互作逡逑用还有各个散射波之间的相互作用。逡逑若是假设有倒空间的矢量，定义上式中积分项逡逑Ｇ（ｕ）邋＝邋＾ｙｙＪ＾（ｒ）ｅｘｐ［２＾ｚｕ－ｒ］＾ｒ逦（２．１２）逡逑为散射波振幅。由（２．１２）中可以看出，物体对电子的散射振幅实际就是对物逡逑体的电势分布函数的一个Ｆｏｕｒｉｅｒ变换：逡逑Ｇ（ｕ）邋＝邋Ｆ［＾（ｒ）］逦（２．１３）逡逑ｕ所在的空间称为傅里叶空间，尸表示傅里叶变换操作。对于晶体而言，傅里叶逡逑空间即是倒易空间。逡逑２．１．３电子在晶体中受到的衍射作用逡逑把一个晶胞的电势分布函数写作％（ｒ）

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图２－２邋Ｋ邋ｉ邋ｒｃｈｈｏｆｆ公式中封闭曲面与矢量关系示意图逡逑Ｆｉｇ．邋２－２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｃｌｏｓｅｄ邋ｓｕｒｆａｃｅ邋ａｎｄ邋ｖｅｃｔｏｒ邋ｒｅｌａｔｉｏｎｓｌｉｉｐ邋ｉｎ邋Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ邋ｆｏｒｍｕｌａ逡逑如图２－２所示，假设在０处有点光源，它的强度是１，当ｉ３观察点和光源之逡逑间的距离远远大于光波长的时候，则根据Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ公式会求得Ｐ点的波函数有逡逑…）＝－＃ｅｘｐ（Ｔ办，）ｅｘｐ（—ｒ＾［ｃ°ｓ（ｎ？十—ｎ．ｒ）］必（２－２0）逡逑１１逡逑

示意图,示意图,观察面,物体

假设一个二维物体，它的透射函数是以ｘ，ｙ），一个振幅为１的平面波垂直逡逑的入射到此物体上，而且此入射波在物体上的相位为零，物体Ａ和观察面Ｂ相逡逑互平行，且Ａ和Ｂ间的距离大小为儿如图２－３所示，可得式（２．２０）中的ｃｏｓ（ｎ．ｒ，；）逡逑与全部应该为１。一般来说，电子的波长与物体大小的数量级相比是逡逑ｒ逡逑远远小于的，所以对于光轴的各个散射波的偏转角不是很大时，完全可以单独考逡逑虑在光轴附近的情况，即称为菲涅尔近似，也叫旁轴近似。于是在上式中的逡逑Ｃ0Ｓ0ｒ＾ｒ）项应该近似为－１，项底下的分母就应该近似为兄上面的分逡逑ｒ逡逑子中的ｒ可以近似的由下式给出逡逑「…逦，逦、２ｌ＋逦（ｘ－Ｘ）２邋＋（ｙ－Ｙ）２逡逑ｒ＝邋Ｒ２＋（ｘ－Ｘ）－邋＋（ｙ－Ｙ）逦＋邋＾逦１￣＾（２．２１）逡逑－逦」逦２Ｒ逡逑而后得到任意点在观察面Ｂ上的波函数为逡逑—，ｖ）＝！￡＾＾ｗ）ｅｘｐ｜－逡逑（２．２２）逡逑［一；＋ｙｌ逡逑观察发现上式中的积分项其实就是函数ＷＺ，Ｆ）与ｅｘｐ——Ｙ」的卷积，既逡逑有逡逑１２逡逑

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