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(shí)驗(yàn)中只能收集到衍射強(qiáng)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)上,高強(qiáng)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(diǎn):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(qiáng)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(jī)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(yàn)證該方法的有效性.在程序中輸入計算的運(yùn)動學(xué)電子衍射強(qiáng)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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