Fázové destičky pro transmisní elektronovou mikroskopii

Abstract

Vzorky tvořené atomy lehčích prvků, jako jsou například biologické preparáty, dosahují na snímcích z transmisních elektronových mikroskopů nízkého kontrastu. Pokud však vneseme mezi elektrony nesoucí informaci o zkoumaném vzorku a elektrony pozadí dodatečný fázový posun, dojde k výraznému navýšení kontrastu bez negativních dopadů na kvalitu obrazu. Tohoto efektu lze v mikroskopech dosáhnout s pomocí fázových destiček. V konvenčních transmisních elektronových mikroskopech se běžně využívají fázové destičky založené na tenkých vrstvách amorfního uhlíku. V posledních letech byly detailně zkoumány různé pokročilé designy fázových destiček. Jen několik málo studií se však věnuje alternativním materiálům, které by bylo možné použít jako tenkovrstvé fázové destičky. Hlavním cílem této diplomové práce je tedy navrhnout způsoby měření fázových vlastností různých materiálů. V první části práce je nejprve popsána teorie zobrazování elektronovou vlnou v transmisních elektronových mikroskopech. Dále jsou zde prezentovány a porovnány různé druhy fázových destiček. Ve druhé části práce jsou představeny čtyři návrhy experimentálního uspořádání, z nichž dva byly experimentálně otestovány. Tato měření byla provedena na sadách vzorků různých materiálů a tlouštěk a vhodně zpracována. Na závěr bylo kvalitativní chování těchto návrhů porovnáno s teoretickými výpočty.

Samples consisting of light atoms, such as biological samples, provide low contrast in the transmission electron microscope images. However, introducing an additional phase shift between the electrons carrying the information of the sample and the background electrons can enhance the contrast significantly without impacting the quality of the image. This effect can be achieved by using a phase plate in the microscope. Phase plates based on a thin amorphous carbon film are used in conventional transmission electron microscopes. In recent years, extensive research in advanced phase plate design has been carried out. Yet, only a few studies on materials for the thin film-based phase plates have been published. For this reason, the main goal of this master’s project is to design measurements of the phase-shifting properties of various materials. In the first part of this thesis, the theory of electron wave imaging in a transmission electron microscope is described. Then, we review and compare phase plate designs. In the second part, four designs of the experimental setup are presented, out of which two have been tested experimentally. The measurements have been performed on a series of samples of different thicknesses and materials, and the results have been appropriately analysed. Furthermore, the qualitative behaviour of the tested designs has been compared to theoretical computations.