Одним из самых интересных и активно развивающихся методов электронной микроскопии является электронная голография. С ее помощью можно изучать распределение электрических или магнитных полей в исследуемых структурах с нанометровым разрешением.

Рис. 1. Принцип действия электронной голографии. Электронная бипризма расщепляет высококогерентный пучок электронов на две части, одна из которых проходит сквозь образец, а вторая - только сквозь вакуум. Полученная в результате совмещения обоих пучков интерференционная картина сохраняет информацию о фазовом сдвиге электронной волны. Этот фазовый сдвиг непосредственно связан с электрическим и магнитным полями в образце и вблизи него.

Просвечивающая электронная микроскопия давно известна как мощный инструмент экспериментального изучения реальной структуры твердых тел с разрешением вплоть до размеров отдельного атома. Последние годы, с развитием инструментальной базы в сочетании с цифровой регистрацией и компьютерной обработкой получаемого электронно-микроскопического изображения, значительно расширили возможности этого метода. Так, стало возможным "фотографирование" полей смещений атомов на расстояния, значительно меньшие постоянной решетки (так, удается получать изображение поля упругих деформаций вокруг элементарной дислокации в кристалле кремния с разрешением 0.003 нм). Другое достижение электронной микроскопии - возможность построения "карты" распределения химических элементов в образце. Разрешение этого метода по составу - несколько процентов, и пространственное - порядка нанометра.

Одним из самых интересных и активно развивающихся методов электронной микроскопии, на наш взгляд, является электронная голография. Этот метод использует тот факт, что магнитное и электрическое поля внутри образца влияют на фазу электронного пучка. Если на регистрирующую поверхность одновременно с пучком, прошедшим сквозь образец, направить когерентный ему контрольный пучок (прошедший только сквозь вакуум), полученная интерференционная картина зафиксирует информацию о фазовом сдвиге, приобретенном пучком при прохождении образца, что аналогично получению обычного голографического изображения в оптике (схема метода приведена на рис. 1). Компьютерная обработка полученного изображения (Фурье-преобразование, выделение боковой полосы, возникшей в результате фазового сдвига, ее центрирование и обратное Фурье-преобразование) позволяет выделить эту информацию, создав "фазовую фотографию" образца. Дальнейшая обработка дает картину распределения магнитного поля. На рис. 2 показан пример картины распределения магнитного поля в цепочке наночастиц FeNi, полученной описанным способом. Авторы сообщают об измерении распределений магнитных полей для анизотропных магнитных пленок и различных наноструктур, включая исследование цикла перемагничивания элементов магнитной записи и кристаллов магнетита, образованных в результате жизнедеятельности некоторых бактерий. Аналогичным способом измеряли распределение электрических полей в полупроводниковых гетероструктурах (см. также нашу новость ).

Рис. 2. Распределение магнитного поля в цепочке наночастиц FeNi, полученное методом электронной голографии. Фазовые контуры, соответствующие линиям магнитного поля, видны на фоне изображений частиц. Справа схематическая диаграмма представляет трехмерную структуру. Обратите внимание на указатель масштаба и на вихрь внутри конечной частицы цепочки.

Разрешение электронной голографии достигает порядка 1 нм. К сожалению, сложность обработки изображений пока исключает возможность применения этого метода для изучения процессов в динамике. Однако и электронно-микроскопическая аппаратура, и возможности вычислительной техники быстро развиваются, и в ближайшем будущем мы несомненно станем свидетелями новых ярких результатов, достигнутых на этом пути.

Источник информации - заметка Л.Дунина-Барковского в бюллетене ПерсТ, выпуск 03 за 2004 г.