正負(fù)交替反轉(zhuǎn)法解析電子衍射相位問題

與X射線晶體學(xué)中存在的相位問題類似,在電子衍射中也存在相位問題:在電子衍射實驗中只能收集到衍射強度而丟失了相位.最近,衍射重構(gòu)成像方法(diffractive imaging),即直接從衍射重構(gòu)出晶體結(jié)構(gòu)的方法,從理論和實驗都有了重大進(jìn)展.從理論上,人們提出和發(fā)展許多有效的相位解析方法.從實驗上,高強度的X射線源,場發(fā)射電子槍以及高靈敏度的記錄媒介的發(fā)展都對此有貢獻(xiàn).直接從衍射重構(gòu)出晶體結(jié)構(gòu)有許多的優(yōu)點:首先在重構(gòu)像中,物鏡球差的影響很小.這是由于物鏡傳遞函數(shù)對衍射強度的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于對相位的影響;其次,從同一晶體收集的電子衍射有更多的高階衍射斑,使得衍射重構(gòu)能得到較高的分辨率(小于0.1 nm);同時,在同樣輻射條件下晶體的電子衍射比其高分辨像具有更高的信噪比.這對于用電鏡解析對輻射損傷敏感的有機物和生物蛋白晶體是有用的.本文敘述了一個解決電子衍射相位的新方法.在本文的程序中,同時使用了Oszlányi和Süto提出的正負(fù)交替反轉(zhuǎn)法(charge-flipping algorithm)和Fienup的重構(gòu)方法(hybrid input-output algorithm).作者用模擬數(shù)據(jù)來驗證該方法的有效性.在程序中輸入計算的運動學(xué)電子衍射強度,模擬晶體的二維靜電勢場分布能被重構(gòu)出來.使用歸一化結(jié)構(gòu)因子可以提高正空間的重構(gòu)像襯度;這對解決相位問題是有利的.使用Fienup的重構(gòu)方法可以有效地解決由局域最小值而引起程序停滯問題.在正負(fù)交替反轉(zhuǎn)法中通常會有停滯問題而不能找到全局最小值.正負(fù)交替反轉(zhuǎn)法會逐步地在正空間中產(chǎn)生較大的零值電勢區(qū)域,從而減小了正空間中未知數(shù)的數(shù)目.當(dāng)未知數(shù)數(shù)目小于或等于從傅立葉變換建立起來的等式數(shù)目時,晶體的相位就可以解決了.

作 者： 吳勁松 KOCH C T SPENCE J C H WU Jin-song KOCH C T SPENCE J C H   作者單位： 吳勁松,WU Jin-song(微結(jié)構(gòu)研究中心,物理及天文系,喬治亞州大學(xué),雅典,喬治亞州,30605,美國;物理及天文系,亞歷桑州大學(xué),亞歷桑那州,85287-1504,美國)

KOCH C T,KOCH C T(馬普金屬研究所,斯圖加特,德國)

SPENCE J C H,SPENCE J C H(物理及天文系,亞歷桑州大學(xué),亞歷桑那州,85287-1504,美國) 

刊 名： 電子顯微學(xué)報  ISTIC PKU 英文刊名： JOURNAL OF CHINESE ELECTRON MICROSCOPY SOCIETY  年，卷(期)： 2007 26(6)  分類號： O722 O722 O766  關(guān)鍵詞： 電子衍射   相位問題   正負(fù)交替反轉(zhuǎn)法   晶體結(jié)構(gòu)   electron diffraction   phase problem   charge-flipping algorithm   crystal structure  

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