Sférické vady v elektronové optice a jejich odstranění Lukáš Průcha Sférické vady ●El. optika trpí vadami více než normalní ●Složité se jich zbavit ●V praxi nelze dosáhnout teoretické rozlišovací schopnosti ● Rozlišovací schopnost ●Nelze dosáhnout její teoretické hodnoty v praxi ●Dříve díky nedokonalé technologii (malá stabilita zdrojů proudu a vysokého napětí, nedostatečné metody přípravy tenkých vzorků, nízké vakuum, nekvalitní magnetické materiály pro elektronové čočky) ●Dnes hlavně kvůli optickým vadám, ale i ty jsou z velké části již eliminovány ●Pro rozlišení v řádu nm se volí vlnové délky 1-10 pm (kvůli difrakční vadě) Druhy optických vad ●Sférická vada (otvorová) ●Chromatická vada ●Osový astigmatismus Chromatická vada ●Vznik v důsledku rozdílných energii elektronů ve svazku ●Pomalejší elektrony s větší vlnovou délkou jsou v mag. poli vychylovány jinak a protínají osu cívky v jiném bodě, než elektrony s vyšší rychlostí – nevzniká bod, ale kroužek ●Jakákoli změna urychlojícího napětí způsobí tuto vadu ●Elektrony také mohou ztratit rychlost při srážce s předmětem Chromatická vada Odstranění chromatické vady ●Zlepšení koherentnosti a monochromatičnosti elektronového svazku – maximální stabilizace urychlovacího napětí ●Odstranit zcela nelze, kvůli změnám energie při interakci elektronů s preparátem – slabé řezy Osový astigmatismus ●Způsobený nesymetrii magnetického pole – elektrony procházejí čočkou v různých rovinách (mají různé ohnisko) – dvě na sebe kolmé osy ●Může ho také způsobovat lokální bodový náboj tvořený např. Nevodivými nečistotami v tubusu mikroskopu ●Nečistoty se nabíjejí a svým rušivým elektrickým polem způsobují změny v drahách elektronů Osový astigmatismus Odstranění osového astigmatismu ●Velice jednoduchá korekce ●Korigování magnetickým polem stigmátoru (vnejší přídavné magnetické pole určeného směru) ●V SEM se provádí až několikrát denně Sférická vada ●Neschopnost čočky zaostřovat všechny paprsky vycházející z bodového zdroje opět do jednoho bodu ●Elektrony procházející vnejší částí čočky jsou zaostřovány do bodu, který leží blíž čočce, než elektrony, které procházejí čočkou v těsné blízkosti optické osy – vzniká kaustická plocha ●Důsledek je jiné zvětšení v krajích obrazu než v jeho středu Sférická vada ●Velikost sférické vady roste s třetí mocninou poloviční úhlové apertury Odstranění sférické vady ●Vada se omezuje odstraněním okrajových paprsků pomocí clony ●Problémy s tímto řešením – malá světelnost, difrakce na cloně ● ● ● ● ● ● ● ●Řešení vymyslel Otto Scherzer Scherzerova věta (1936) V elektronově optické soustavě, kde ●pohyb elektronů je řízen elektromagnetickými poli ●tato pole jsou statická ●mají osovou symetrii ●v paprskovém prostoru nejsou ●prostorové náboje ●,trpí zobrazení jak chromatickou tak sférickou vadou Scherzerovy návrhy na překonání sférické vady V elektronově optické soustavě provést jednu ze změn ●K elektromagnetickým polím přidat zrcadlo ●Použít rychle oscilující pole ●Narušit osovou symetrii (kvadrupóly, oktopóly) ●Do paprskového prostoru vložit prostorové náboje ●a tím se překoná jak chromatická, tak kladná sférická aberace Řešení otvorové vady ●Opuštění axiální symetrie (nezávislost na azimutu) ●Dva navzájem pootočené hexapóly téměř dokonale kompenzují otovorové vady při mizivé azimutální distorzi Korekce dvou kruhových svazků Přehled vyzkoušených korektorů ● 12-ti pólový korektor Druhy korektorů Zdroje ●Skripta (prezentace) B04M2112 ElectronOptics ●http://jmo.fzu.cz/2006/Jmo-10/JMO-200610.pdf ●http://en.m.wikipedia.org/wiki/Scanning_transmission_electron_microscope ●http://www.paru.cas.cz/lem/book/Podkap/2.3.html ●http://is.muni.cz/th/268889/prif_b/Bakalarka1.txt ●http://theses.cz/id/y4dz0w/Diplomov_prce.pdf ●http://web.natur.cuni.cz/parasitology/parpages/mikroskopickatechnika/elektronova.htm ●http://www.vscht.cz/nmr/mol_model_bioinfo/lekce/mikroskopie.pdf