电子晶体学图像处理及其在材料科学中的应用

电子晶体学图像处理及其在材料科学中的应用

第31卷　第3期2002年　6月

稀有金属材料与工程

RAREMETALMATERIALSANDENGINEERING

Vol.31,No.3

June2002

电子晶体学图像处理及其在材料科学中的应用

李方华

(中国科学院物理研究所,北京100080)

摘　要:本文指出,到的结构像,其分辨率还要受显微镜分辨本领的限制,像。,用此技术可以实现“从头”测定晶体结构,1倍,达到原子分辨率。关键词:;晶体缺陷;图像处理

中图法分类号:A　　　　　文章编号:1002-185X(2002)03-0161-06　　

如雨后春笋,迅速发展成一个分支学科—高分辨电子

1　引　言

材料的性能往往与结构有密切联系,材料的结构又取决于制备材料的工艺,于是研究结构、性能和工艺三者之间的规律是材料科学的一个重要内容。

1927年发现了电子衍射现象之后,电子衍射便成

为研究晶体结构的方法之一,与X射线衍射及中子衍射联合成所谓的三大衍射。这三种衍射分析方法中,以X射线衍射方法最为成熟,迄今绝大多数晶体结构是用X射线方法测定的。中子衍射可以测定磁矩,故适于研究磁性材料。因为电子与物质的相互作用很强,极少量的样品即给出相当强的电子衍射强度,所以电子衍射适用于研究薄膜和表面的结构。

与X射线及中子相比,电子的另一个特点是可以用电磁或静电透镜聚焦。1932年发明了第一台电子显微镜。早期的电子显微像源于试样对电子的非弹性散射,大散射角的电子被物镜光栏所吸收,故称吸收衬度像,多应用于生物试样,对于固体材料则限于借助复型技术观察材料表面的形貌。1956年发明了衍射衬度像和相位衬度像,从此电子显微镜开始应用于研究薄晶体内部的结构和缺陷。1971年发表了能直接观察原子团的电子显微像,属于相位衬度像,称高分辨电子显微像。之后,有关的实验、理论、模拟计算等工作

显微学。

电子晶体学是指借助电子与物质的相互作用来研究晶体结构的科学,包括了电子衍射和高分辨电子显微学中的晶体结构分析。传统上电子衍射和高分辨电子显微学属于不同的学科,前者属于衍射晶体学,后者属于显微学,是研究晶体结构(指测定晶体中的原子位置)的两种不同手段。电子衍射花样给出在倒易空间中的晶体结构信息,对衍射花样的分析在倒易空间中进行;高分辨电子显微显微像给出在正空间的晶体结构信息,对显微像的分析在正空间中进行。

本文简要介绍高分辨电子显微像传统分析工作的局限性和新的发展,着重于介绍把高分辨电子显微学与衍射晶体学结合起来,发展的电子晶体学图像处理技术,并举例说明此技术在研究微小晶体的结构和缺陷上的应用。

本文将不涉及与衍射晶体学无关的高分辨电子显微像图像处理问题。

2　高分辨电子显微像的美中不足

2.1　直接观测的局限性

2.1.1　高分辨电子显微像未必直接反映晶体结构

高分辨电子显微像的优越性是能直接反映晶体的

本文为中国工程院化工、冶金与材料工程学部第3届学术年会特邀报告

收稿日期:2002-04-10

基金项目:国家自然科学基金资助项目和973项目(NKBRSF-G1999064603)

作者简介:李方华,女,1932年生,研究员,中国科学院院士,第三世界科学院院士,北京100080,中国科学院物理所,电话:010-82649170,传真:010-82649531,E2mail:lifh@http://doc.xuehai.net

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