衍射成像仪

X射线衍射成像技术（XRD）是一种重要的材料分析技术，它通过测量材料内原子平面对X射线的衍射来研究和量化材料的结晶性质。以下是X射线衍射成像技术的相关应用：1. 材料科学晶体结构分析：XRD是分析材料晶体结构的主要手段之一，能够确定晶体的晶格常数、晶胞参数、晶体缺陷等。相鉴定与定量分析：可以识别材料中存在的不同相（如固溶体、化合物等），并对各相进行定量分析。应力与应变测量：通过测量材料在特定条件下的XRD图谱变化，可以评估材料内部的应力和应变状态。2. 制药业药物分析：XRD是固态药物分析的关键技术，可用于确定药物的晶体结构、晶型转变、纯度等，对药物开发、测试和生产的各个阶段都大有裨益。药物专利保护：在分离出活性药物后，索引X射线粉末衍射图样可用于确定晶体结构，从而帮助获得专利和保护公司投资。3. 法医学接触者追踪分析：XRD在法医学中主要用于接触者追踪分析，如通过油漆薄片、头发、玻璃碎片等材料的XRD图谱，帮助鉴定和比较物证，有助于对涉嫌犯罪的人定罪或开脱罪责。4. 地质应用矿物勘探：XRD是矿物勘探的关键工具，能够快速识别矿物样本中的矿物种类，并量化不同矿物的存在比例。岩石学研究：通过XRD分析，可以了解岩石的矿物组成、晶体结构等信息，对岩石成因、地质构造等研究具有重要意义。5. 工业领域无损检测：X射线成像技术可用于无损检测材料和产品的缺陷，如金属零件中的裂纹、焊接接口质量等，确保质量控制。质量控制：在制造过程中，XRD可用于检查产品的尺寸、形状和结构特征，及时发现偏差和不符合要求的情况，从而进行调整和改进。6. 半导体行业晶体结构表征：X射线衍射技术可用于分析和表征半导体材料的晶体结构，对研究半导体材料的质量和性能至关重要。缺陷检测：结合X射线显微成像技术，可以检测半导体器件中的缺陷，如晶体管、集成电路和微芯片中的金属连接问题、曝露问题和局部结构缺陷等。7. 玻璃工业缺陷识别：虽然玻璃是X射线无定形物，但XRD可用于识别造成块状玻璃微小缺陷的结晶颗粒。涂层分析：测量结晶涂层的质地、晶粒尺寸和结晶度，以优化涂层性能。综上所述，X射线衍射成像技术在多个领域具有广泛的应用价值，是材料分析、质量控制、法医学、地质勘探等领域不可或缺的重要工具。

透射电子显微镜（TEM）在物理、化学、结构生物学和材料科学等领域的微纳结构研究中发挥着重要作用。电子显微镜像差校正光学的进展极大地提高了成像系统的质量，将空间分辨率提高到了低于50pm的水平。然而，在实际样品中，只有在极端条件下才能达到这个分辨率极限，其中一个主要的障碍是，在比单层更厚的样品中，多电子散射是不可避免的（由于电子束与原子静电势之间的强库仑相互作用）。多次散射改变了样品内部的光束形状，并导致探测器平面上复杂的光强分布。当对厚度超过几十个原子的样品进行成像时，样品的对比度与厚度之间存在非线性甚至非单调的依赖关系，这阻碍了通过相位对比成像方式直接确定样品的结构。定量结构图像解释通常依赖于密集的图像模拟和建模。直接修正样品势需要解决多重散射的非线性反函数问题。尽管已经通过不同的方法对晶体样品的不同布拉格光束进行相位调整（其中大部分是基于布洛赫波理论），但对于具有大晶胞或非周期结构的一般样品来说，这些方法变得极其困难，因为需要确定大量未知的结构因子。Ptychography（叠层衍射成像）是另一种相位修正方法，可以追溯到20世纪60年代Hoppe的工作。现代成熟的装置使用多重强度测量——通常是通过小探针扫描广大的样品收集的一系列衍射图案。这种方法已广泛应用于可见光成像和X射线成像领域。直到最近，电子叠层衍射成像技术还受到样品厚度和电子显微镜中探测器性能的限制。二维（2D）材料和直接电子探测器的发展引起了更广泛的新兴趣。用于薄样品（如2D材料）的电子叠层衍射成像已达到透镜衍射极限的2.5倍的成像分辨率，降至39μm阿贝分辨率。然而，这种超分辨率方法只能可靠地应用于小于几纳米的样品，而较厚样品的分辨率与传统方法的分辨率没有实质性差异。对于许多大块材料来说，这样的薄样品实际上很难实现，这使得目前的应用局限于类2D系统（例如扭曲的双层）。对于比探针聚焦深度更厚的样品，多层叠层衍射成像方法提出了使用多个切片来表示样品的多层成像。所有切片的结构可以分别恢复。目前，利用可见光成像或X射线成像都成功地演示了多层叠层衍射成像。然而，由于实验上的挑战，只有少数的多层电子叠层衍射成像证据的报道，并且这些报道在分辨率或稳定性方面受到限制。透射电子显微镜使用波长为几皮米的电子，有可能以原子的固有尺寸最终确定的固体中的单个原子成像。然而，由于透镜像差和电子在样品中的多次散射，图像分辨率降低了3到10倍。康奈尔大学研究人员通过逆向解决多次散射问题，并利用电子叠层衍射成像技术克服电子探针像差，证明了厚样品中不到20皮米的仪器（图像）模糊以及线性相位响应；原子柱的测量宽度受到原子热涨落的限制，新的研究方法也能够在所有三维亚纳米尺度的精度从单一的投影测量定位嵌入原子的掺杂原子。相关研究工作以“Electron ptychography achieves atomic-resolution limits set by lattice vibrations”为题发表在《Science》上。图1 多层电子叠层衍射成像原理图2 PrScO3的多层电子叠层衍射重建图3 多层电子叠层衍射成像的空间分辨率和测量精度图4 多层电子叠层衍射的深度切片

p 　　近日，第二届江苏省物理学会公布了江苏省物理杰出青年奖、获江苏省物理教育贡献奖、江苏省物理学会科学技术奖获奖名单。共有2人获江苏省物理杰出青年奖，4人获江苏省物理教育贡献奖，2项成果分获江苏省物理学会科学技术奖一等奖和二等奖。南京大学王鹏教授团队的《高通量、多信息通道、高分辨电子衍射成像技术》项目获江苏省物理学会科学技术奖一等奖，项目完成人为王鹏，丁致远，高斯，宋苾莹。 /p p 　　 strong 王鹏教授简介 /strong ： /p p style=" text-align: center " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/d85fa0aa-54ab-4149-8421-31c1ec66e601.jpg" title=" 南京大学教授 王鹏.jpg" alt=" 南京大学教授 王鹏.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 南京大学教授 王鹏 /strong /p p 　　王鹏，现为南京大学现代工程与应用科学学院教授，博士导师，首批国家海外高层次人才计划入选者。2006年英国利物浦大学博士学位，先后在英国国家超高分辨率电镜室SuperSTEM和牛津大学电镜中心作博士后研究。2012年回国到南京大学任教， 组建南京大学亚原子分辨透射电镜中心，具有国际领先水平两台高分辨透射电镜(球差校正TITAN G2 60-300 Cubed和TF20)。 /p p 　　主要从事以球差校正电子显微学和电子能量损失能谱学的研究，以及其在信息和能源存储等低维功能材料高分辨表征上的应用。已在SCI期刊上发表论文100余篇，包括Nature Electronics、Nature Catalysis、Nature Communications、Physical Review Letters、Advanced Materials、Nano Letter 和Nano Energy等。获得多项发明专利，包括10件中国专利，其中7件授权。主持科技部“973“项目和多项国家自然科学基金，参与国际合作项目以及其他国家和省部级项目的研究。 /p p 　　 strong 研究方向 /strong ： /p p 　　高分辨成像与智能算法、信息和能源存储材料表征、二维材料原子结构研究 /p p 　　 strong 电子衍射成像研究部分成果 /strong ： /p p 　　Song, Biying and Ding, Zhiyuan and Allen, Christopher S. and Sawada, Hidetaka and Zhang, Fucai and Pan, Xiaoqing and Warner, Jamie and Kirkland, Angus I. and Wang, Peng.(2018). Hollow Electron Ptychographic Diffractive Imaging .Phys. Rev. Lett., 121(14)，146101.doi :10.1103/PhysRevLett.121.146101　　 /p p 　　Gao, S., Ding, Z., Pan, X., Kirkland, A., & amp Wang, P. (2019). 3D Electron Ptychography. Microscopy and Microanalysis, 25(S2), 1802-1803. doi:10.1017/S1431927619009747 /p p 　　Song, B., Ding, Z., Allen, C., Sawada, H., Pan, X., Kirkland, A., & amp Wang, P. (2019). Electron ptychography using an ultrafast direct electron detector. Microscopy and Microanalysis, 25(S2), 20-21. doi:10.1017/S1431927619000837 /p p 　　 /p p br/ /p