电子全息技术的原理及应用

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应用举例 1 : LaAlO3－Ba0.5Sr0.5TiO3薄膜自发极化的透射电镜研究
（H. F. Tian, PHYSICAL REVIEW B 71, 115419 s2005d）
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上：薄膜与真空交界处的电子全息像、重构出的相位 图及界面的电荷分布 左：薄膜的形貌像、界面与界面位错的高分辨像
V exp[( 2a 0 L 2 ) ] d1
频谱滤波 对全息像强度式进行傅里叶变换，得到零级、＋1级和－1级频谱
F{Ih( x, y)} 0 ( f x , f y ) ( f x , f y f0 ) ( f x , f y f0 )
将φ（fx,fy+f0）分离出来，并平移到原点得到φ（fx,fy） 对其进行反傅里叶变换，即可实现出射波的重现。 F－1 {φ（fx,fy）}=Φ0(x,y)
纳米材料的电子全息研究
电子全息的原位研究
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电子全息图的特征
干涉条纹间隔S和全息图的宽度D：
S
a 2 c
D 2 (b
ห้องสมุดไป่ตู้
a r) c
• 影响全息像质量的因素 电子源的相干性 冷场发射电子枪具有更好的质量 样品质量：尽可能薄、厚度均匀、边缘平直、 去除非晶层 菲涅耳衍射 电镜参数
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实验操作 • 获得高分辨像 • 调低放大倍数，加入双棱镜 • 调整像散 • 调高放大倍数，调整聚焦 • 移动样品，记录全息图
内容提要
• 全息技术概要
• 电子全息技术的成像原理 • 电子全息实验技术
• 全息像的记录和重构
• 电子全息像的应用举例
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全息技术概要
• 光学全息成像技术（激光） 利用干涉原理记录物体信息 利用衍射原理再现物体光波信息 • 电子全息技术，可以将出射电子波函数的相位和振幅分离， 得到完全的相位衬度和振幅衬度像。
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软件操作：holowork for DM
振幅与相位的分离
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由相位图计算材料界面势垒和电荷的分布
在忽略外场的情况下，受内电势影响的相位变化为： Φ(x,y)＝CE[V0t+V (t-2t0)]
由泊松方程计算电荷分布：
2V ( x) ( x) (1 0 ) x 2
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薄膜－衬底界面处及界面位错的电子全息研究
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应用举例 2 : (001)Si/La0.9Sr0.1MnO3/SrTiO3薄膜界面的电子显微研究
（H. F. Tian, PHYSICAL REVIEW B 73, 075325 （2006））
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电子全息像的记录与重构
全息像的强度分布：出射波与参考波的相干叠加
I h ( x, y) r ( x, y) 0 ( x, y)
2
1 a( x, y) 2 2Va ( x, y) cos[(k x x k y y) ( x, y)]
其中V称为条纹的可见度
• 主要应用于样品厚度测量、平均内势的测定、物镜球差矫 正及界面电势场分布的测量。
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电子全息的几何光路图
静电双棱镜：SiO2细丝，直径小于1微米
电势分布：
U (r )
ln(r r 2) U ln(r1 r 2)
电子束偏转角度：

eU
2 E ln(r1 r 2)
偏转角度与入射位置无关，只与所加的偏压 和静电双棱镜的几何尺寸有关。
界面无定型层的透射电镜结果
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应用举例 3 : 锰氧化物异质结界面电势分布的电子显微研究
（APPLIED PHYSICS LETTERS 87, 164102 （2005））
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异质结界面的电子全息像及电势分布图
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结论与展望
介绍了电子全息的基本原理及其在异质结薄膜分析 方面的应用。 展望：