در مقاله پیشین با عنوان «معرفی اصول پایه ای میکروسکوپ الکترونی عبوری با قابلیت فیلتر کردن انرژی» (که در شماره 24 - زمستان 97 فصلنامه دانش آزمایشگاهی ایران منتشر شده است)، پیش زمینه ای جامع درباره اصول بنیادین چگونگی تشکیل تصویر نهایی در میکروسکوپ الکترونی عبوری با قابلیت فیلتر کردن انرژی 3 در اختیار خواننده قرار گرفته است.
در این مقاله که هم اکنون مورد مطالعه قرار خواهد گرفت، ساختار دو فیلتر انرژی تجاری پرکاربرد با عناوین فیلترهای درون ستونی و فیلترهای بعد از ستون که به ترتیب درون و زیر میکروسکوپ الکترونی عبوری مستقر بوده به طور تفصیلی بررسی شده است.
کاربران حوزه های مختلف باید به منظور برطرف نمودن نیازمندی های خود، آشنایی مقدماتی با این دستگاه ارزشمند را داشته باشند. این امر به کاربران کمک می‌کند تا تشخیص دهند چه زمانی برای دستیابی به نتایجی خاص و مطلوب در حوزه ای مشخص از دستگاه ارزشمند EFTEM استفاده کنند. لذا به منظور درک بهتر موارد استفاده خاص و مزایای میکروسکوپ الکترونی عبوری با قابلیت فیلتر کردن انرژی، کاربرد این دستگاه در حوزه های مختلفی نظیر زیست شناسی، پلیمر، نیمه هادی ها و نانولوله های کربنی شرح داده شده است.
افزودن فیلترهای انرژی یا طیف سنج های مدرن به میکروسکوپ الکترونی عبوری مرسوم، امکانات و فرصت های جدیدی برای محققان و دانشمندان فراهم آورده تا تحقیقات نظری خود را در عمل مورد آزمایش قرار دهند.
پیش از پیدایش میکروسکوپ الکترونی عبوری با قابلیت فیلتر کردن انرژی، رویه معمول برای تحلیل طیف سنجی افت انرژی الکترون به این صورت بود که تنها یک طیف از منطقه ای منتخب از نمونه با CTEM ثبت می شد. پس از بکارگیری تجاری EFTEM، تصویربرداری از تمام اطلاعات موجود در طیف مورد نظر امکان پذیر شد. علاوه بر قابلیت فوق، درصورت انتخاب بخش معینی از طیف مورد نظر می توان تصاویری محتوای اطلاعات مختلف را به دست آورد.
مجهز ساختن میکروسکوپ الکترونی عبوری به فیلترهای انرژی مطلوب منجر می شود کاربران حوزه های مختلف قادر باشند به اطلاعات تکمیلی مربوط به نمونه های به اندازه کافی نازک خود دسترسی پیدا کنند. قابلیت انتخاب هر ویژگی طیفی از یک طیف افت انرژی معین روش های تصویربرداری جدیدی را برای کاربران فراهم می آورد. یکی از روش ها، روش تصویربرداری افت صفر نام دارد. در این روش به دلیل حذف پراکندگی غیرالاستیک، کنتراست تصاویر TEM و الگوهای پراش به طور فوق العاده ای بهبود یافته است.
روش دیگر، تصویربرداری TEM با انرژی فیلتر شده نام دارد که به منظور تنظیم کنتراست نمونه های ناهمگن به کار برده می شود.
یکی دیگر از روش ها، نگاشت ضخامت نسبی بوده که برای ثبت ضخامت نمونه مورد نظر بر حسب واحد متوسط فاصله آزاد غیرالاستیکی استفاده می شود. لازم به ذکر است، روش نگاشت عنصری برای نمایش توزیع دو بعدی عنصری خاص کاربرد دارد.
همچنین روش نگاشت شیمیایی نیز به منظور تصویربرداری از ساختار الکترونیکی محلی نمونه تحت بررسی مورد استفاده قرار می گیرد.
هم اکنون برای دستیابی به روش های تصویربرداری ذکر شده، 2 نوع فیلتر انرژی به صورت تجاری در بازار موجود است:
- فیلتر درون ستونی (معروف به امگا)
- فیلتر بعد از ستون (معروف به فیلتر تصویربرداری گاتان)
فیلترهای درون ستونی همان طور که از نامشان نیز مشخص است درون ستون میکروسکوپ الکترونی عبوری بین عدسی های شیئی (یا تصویری) و میانی قرار
گرفته اند. در این صورت، آشکارساز دوربین تنها الکترون هایی را دریافت می کند که از فیلتر درون ستونی عبور کند. بنابراین، تمام تصاویر و الگوهای پراش شامل الکترون هایی با انرژی معین هستند. البته می توان برای ثبت تصاویر TEM معمولی، فیلتر مذکور را خاموش نمود.
فیلترهای بعد از ستون در قسمت زیرین صفحه نمایش TEM مستقر شده اند که با توجه به موقعیت می توان به راحتی آنها را به فرآیند تصویربرداری وارد یا از آن خارج نمود.
درون فیلترهای نامبرده شکافی تعبیه شده که نواری از انرژی های (افت های انرژی) معین را از خود عبور می دهد. در فیلترهای امروزی به جای جابجایی شکاف مذکور یا تغییر جریان آهنربا به منظور انتخاب افت های انرژی مختلف، ولتاژ شتاب دهنده توسط افت انرژی مورد نظر افزایش پیدا می کند. در این شرایط الکترون ها پس از عبور از نمونه مربوطه همیشه دربر گیرنده انرژی یکسان هستند. در این صورت، جابجایی رنگی یا تغییر در بزرگنمایی رخ نمی دهد. همچنین دیگر نیازی به تغییر فرآیند تحریک عدسی های تصویربرداری یا چندقطبی های فیلتر تصویربرداری، که در گذشته امری چالش برانگیز بوده نیز نیست.