主题:【原创】002之谜

浏览0 回复18 电梯直达
蓝莓口香糖
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该帖子已被madprodigy设置为精华;
我是标题党,把大家骗进来。

一年多以前,版面上曾经有一次关于FFT处理过程中多余信号来源的讨论。
http://bbs.instrument.com.cn/shtml/20090121/1707221/

前些天想起这件事情,正巧手头也有合适的工具,就做了点研究,把结果贴出来,大家一起来继续讨论。

事情的起因是硅Si的110带轴高分辨图像做FFT变换之后总是出现002衍射。即便是在非常薄的区域,电子衍射中不出现002,FFT变换之后这个频率也仍然很明显。这次仍然用Si作为研究对象。使用的图像是JEMS模拟出来的110带轴电子势投影。之所以选择势投影,是因为这个图片不涉及电子散射过程,可以完全不考虑散射和成像过程中各种因素的影响,把问题简化。同时这个图像也可以看作是一张“理想的”高分辨像,很好地反映了原子的二维分布,基本特征和真实的实验照片很接近,是合理的近似。下面的每组图片都给出了原子分布,对应的FFT和放大的哑铃原子对。

图1是原始图片以及相应的FFT。箭头所指的竖列是电子衍射中应该消光的点,它们在FFT中很明显。


在图1中,两个哑铃点对之间明显有个灰色区域,那是两个原子电子势重叠造成的。图2调整了衬度,使哑铃的中间区域变成绝对黑色。FFT中002仍然出现。


图3是极限情况,调整衬度和阈值,只有原子圆球中部最亮的那个像素是白色,其它位置全黑。002从FFT中消失了。
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蓝莓口香糖
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FFT是个纯粹的对图像衬度做数学分析的过程,上面的结果表明哑铃中间区域存在的灰度跟002的出现有关系,但并不只是让中间区域变黑就能让002消失掉。
图4是把阈值下调,让更大区域变成白色,其余位置全黑。这时候能看到变成白色的区域不是圆形,甚至不是左右对称的。002仍然在FFT中出现。


图5保持了原始图片的衬度关系,但是把黑色的下限提高,只保留哑铃两端一小部分区域,其余全黑。FFT中仍然能看到002。


图6同时调整黑色和白色的阈值,使哑铃两端各有一部分区域变为白色,白色区域有多个像素组成,而且形状对称。002不见了。
蓝莓口香糖
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理解FFT中信号的消光规律,应该从分析二维图像的对称性开始。Si的110带轴投影属于平面群5,晶体学符号是cm。相应的晶胞在图7中已经标出。

图7


这个平面群的每个格点内的原子分布都是沿b方向对称的。整体消光规律是:
hk,h+k为奇数时消光;
h0,h为奇数是消光(对应于FFT中的00l);
0k,k为奇数时消光(对应于FFT中的kk0)。
其中没有对20(FFT的002)的限制,所以FFT中出现002是天经地义的,这个频率在这个平面群中本来就不应该消失。

那么,为什么这个频率在图3和图6中不见了呢?原因是这两张图中衬度的调整影响了像素的分布。Si具有金刚石结构,110投影中两个哑铃亮点的中心相距1/4晶格长度。这个距离是个很蹊跷的数值,它不产生额外的对称元素,但却恰好使两个亮点对整个格点的h0和hk(h=2,6,10...,下面简称S-A频率)结构因子贡献为零。
图3中每个哑铃只含两个像素,显然总的衍射振幅是零。
图6中,每个哑铃的端部都包含了多个像素,但是这些点强度相同,而且围绕中心对称分布,整个哑铃区域内可以把所有发亮的像素按相距1/4晶格矢量配对,所以最终整个格点的结构因子为零,S-A频率消失。
在图1,图2和图5中,像素点具有灰度分布,但是这个分布并不以两个中心亮点各自对称分布。在图5的哑铃放大图中a列和b列的灰度是有轻微差别的。所以,在整个哑铃区域中,除了两个最亮的两点之外,其它任何一个像素点都找不到相隔1/4晶格长度的同等强度的像素点,它们对格点结构因子都有贡献,S-A频率不会消失。
对于图4的情况,每个发亮的像素强度都相等,其中一部分能找到相距1/4晶格长度的对应点,这些点的作用相互抵消,但是最外侧的那些点不行,所以S-A频率不消失。

其实,上面的讨论还可以分析S-A频率的强度,这个比较简单,不多说了。
由这些测试可以确定,在形成高分辨像的过程中,电子势投影相对于原子中心位置分布不对称,002频率在Si的110带轴FFT变换中本来就应该是存在的。这个分析不能排除其它可能的原因,比如出现二次衍射,或者衍射束之间的相互干涉。总之,不要指望能把002从FFT中消灭,这是不可能的。这个结果也说明,FFT和电子衍射不等价。

这是没压缩的大格式文件。
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2010/4/3 9:27:25 Last edit by drizzlemiao
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.........

Si會出現002

只有兩種情況~

1.rediffraction

2.Si產生super lattice(chemical diffraction)

根本沒啥好分析的~
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