In-line Holografie

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Moderne Transmissions-Elektronenmikroskope sind hochpräzise Instrumente, deren Abblidungen Objekt-Informationen bis zur atomaren (Ångstrøm-) Skala enthalten. Im Falle der Raster-TEM (STEM) im High Angle Annular Dark Field (HAADF)-Modus wird das im hohen Maße inkohärente Signal der zu hohen Winkeln gestreuten Elektronen zur Bildgebung genutzt. In der Regel sind HAADF-STEM-Bilder daher direkt als Projektion des Objektes interpretierbar. Falls kein Aberrations-Korrektor vorhanden ist, wird hier allerdings Information nur bis zur Punkt-Auflösung übertragen, die oft deutlich niedriger als die bei der kohärenten TEM übertragende Linien-Auflösung ist.

Die Abbildungen, die man durch “normale” TEM im Phasenkontrast-Modus erhält, sind in Wahrheit Interferenz-Muster aus den Wellenfunktionen gestreuter und ungestreuter Elektronen. Besonders bei hohen Auflösungen im Å-Bereich sind diese Muster komplex, und können nicht ohne weiteres als Projektion der Struktur interpretiert werden. Gleichzeitig werden die Bilder durch Linsenfehler, sog. Aberrationen, verzerrt und die enthaltene Information so verschlüsselt.

Ein Weg, die hochauflösende Information in TEM-Bildern zu entschlüsseln, ist Holografie, bei der die Phase der Elektronen-Welle am Ausgang der Probe rekonstruiert wird. Im Computer kann anschließend die Verzerrung der komplexen Welle durch Aberrationen zu einem guten Teil kompensiert werden. Insbesondere die Phase kann dann als Strukturbild interpretiert werden, das darüber hinaus sehr empfindlich für Änderungen des inneren Coulomb-Potenzials, also die lokale Kernladungs-Zahl der Atome, ist.

Am EMZ-M wird In-Line-Elektronen-Holografie durch digitale Verarbeitung von Fokus-Serien realisiert. Dabei wird die Wellen-Amplitude in 20 - 40 verschiedenen Bildebenen gemessen und daraus in einem Least-Squares-Verfahren die komplexe Welle errechnet. Diese Methode kann im normalen TEM-Modus ohne zusätzliche Instrumentierung oder besondere Justage angewandt werden. Fokus-Serien-Rekonstruktion ist darüber hinaus bei relativ niedrigen Strahl-Intensitäten möglich, was sie für strahlempfindliche Proben wie Zeolite oder organische Verbindungen interessant macht.