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giulia-cozzi
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Convergenza e divergenza dei fasci è dovuta alla differenza di indice di rifrazione tra aria e vetro, cioè alla differente velocità della luce in questi due mezziLegge di Snell seni/senr=n2/n1
Lenti per la luce
n1 n2
i
r
f dipende dal raggio di curvatura
L’azione di focalizzazione è dovuta a un campo elettrico e/o magnetico che può modificare le traiettorie degli
elettroni a seguito della forza di Lorentz
F = e (E + v × B)
Lenti per gli elettroni
Lenti elettromagneticheF = e v × B
kin
z
EB
f
21
1. Aberrazione sferica:
Rsf = Cs3 Cs ~ f/2 ~ 0.5-3 mm
necessità di lavorare con piccoli !!!
2. Aberrazione cromatica: dovuta alla dispersione in energia E degli elettroni: sorgente (~ 1eV) + instabilità corrente delle lenti ( ~ trascurabile) + energy loss campione (~ 10-20 eV, campione 100 nm)
Rcr = Cc(E/E0) Cc ~ 1-2 mm
3. Astigmatismo: disuniformità del campo B (correzione con stigmatori = ottupoli)
Rast = f f = max differenza focale
Aberrazioni nei microscopi elettronici
Risoluzione R
In generale sommo in quadratura le aberrazioni:
2/12222astcrsfR RRRRR
Con un campione sottile (E ~ 0 --> Rcr ~ 0) e correggendo l’astigmatismo (Rast ~ 0)
0 2 4 6 8 10 120,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
opt
Totale
Ab. SfericaRisoluzioneR
() (
nm
)
(mrad)
1 mrad ~ 0.057°
aberrazione
sferica +
Rayleigh
(diaframma)
2/1
22
2/122 61.0)(
SsfR CRRR
0)(
d
dR
4/13min
4/1
91.0
77.0
S
Sopt
CR
C
risoluzionepratica TEM
Calcolo l’aberrazione totale:
Minimizzo R rispetto ad
Ponendo:
CS = 2 mm
= 0.002 nm (~ 300 kV)
opt ~ 4 •10-3rad ~
0.2°
Rmin ~ 0.2 nm
La tube lens può correggere aberrazioni residue dell’obiettivoOggetto nel fuoco fasci paralleli
Oggetto prima del fuoco
Nota: L’oculare riceve fasci di apertura più limitata che non l’obiettivo, ma assai più inclinati sull’asse Poco importanti le aberrazioni sferica e cromatica Importante astigmatismo, curvatura di campo,..
L’oculare
HuygenRamsden Periplan
Singola lente immagine grande lente grande / campo limitato (pupilla dell’occhio: 3mm) seconda lente (lente di campo) che rimpicciolisce l’immagine
Possibilità di inserire reticoli di misura sul diaframma dell’oculare (piano coniugato del campione)
Field-of-view number FN (in mm)Diametro (campo) dell’oggetto visibile = FN/(Iobj q) (q=fattore per la tube lens)
Ricorda: è l’obiettivo che da la risoluzione; l’oculare serve solo a dare il minimo ingrandimento ulteriore necessario per fare vedere all’occhio i dettagli risolti nell’immagine(minimo ingrandimento totale ~ 500xNA)
Il condensatoreDeve illuminare un campo grande con bassi NA a bassi ingrandimenti
e un campo piccolo con grande NA ad alti ingrandimenti
Contrasto
Per vedere qualcosa in una immagine dobbiamo avere contrasto (C) fra aree adiacenti del campione:
bb
bs
I
I
I
IIC
L’occhio umano non riesce ad apprezzare differenze di intensità inferiori al 5-10% (utilità di acquisire immagini digitali da elaborare)
distanza
intensità Is
Ib
distanza
intensità
Is
Ib
Il contrasto non è una proprietà inerente al campione. Dipende da:
1) Interazione sonda/campione
2) Efficienza del sistema ottico (funzione di trasferimento del contrasto)
3) Efficienza rivelatore
Necessità di conoscere gli eventi che hanno prodotto il contrasto
L’occhio è sensibile solo al contrasto di intensità o di lunghezza d’onda (colore) necessità di trasformare ogni altro meccanismo (fase, polarizzazione,… ) in intensità o colore
Interazione luce/materia
• Riflessione/diffusione• Rifrazione• Trasmissione/assorbimento• Polarizzazione e birifrengenza• Diffrazione• Variazione di fase• Fluorescenza• …
Ottica
Trasmissione/assorbimentoRiflessione/diffusione
Modifica della distribuzione spettrale della luce incidente (per assorbimento o interferenza) contrasto di colore
Riflessione/rifrazione
Diffrazione
Polarizzazione
Birifrengenza