Reduced damage in electron microscopy by using interaction-free measurement and conditional reillumination
Reduced damage in electron microscopy by using interaction-free measurement and conditional reillumination
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通过使用无相互作用测量和条件再照明减少电子显微镜损伤
DOI：
10.1103/physreva.99.063809
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发表时间：
2019
影响因子：
2.9
通讯作者：
Goyal, Vivek K.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Agarwal, Akshay;Berggren, Karl K.;van Staaden, Yuri J.;Goyal, Vivek K.
无相互作用测量(IFM)是一种对生物分子和蛋白质等对辐射敏感的样品进行高分辨率、低损伤成像的方法。IFM的基本装置是Mach-Zehnder干涉仪，而纳米级电子衍射光栅的最新进展使将Mach-Zehnder干涉仪集成到透射式电子显微镜中成为可能。因此，使用这样的干涉仪和散粒噪声受限的电子源(如在瞬变电磁波中)的IFM的性能极限是令人感兴趣的。本文通过理论分析和数值模拟，比较了理想IFM成像方案和经典成像方案的误码率和样本损伤。我们考虑在每个像素处完全透明或完全不透明的样本。在我们的分析中，我们还评估了额外的散射电子探测器的影响。对于IFM和经典方案，包括散射检测器都可以将误差减少高达一个数量级。我们还研究了一种基于每轮光照后更新先验的样本重光照方案，该方案进一步降低了误差。这些方法的实施很可能是用现有的仪器实现的，并将导致低剂量电子显微镜的分辨率提高。
Interaction-free measurement (IFM) has been proposed as a means of high-resolution, low-damage imaging of radiation-sensitive samples, such as biomolecules and proteins. The basic setup for IFM is a Mach-Zehnder interferometer, and recent progress in nanofabricated electron-diffraction gratings has made it possible to incorporate a Mach-Zehnder interferometer in a transmission electron microscope (TEM). Therefore, the limits of performance of IFM with such an interferometer and a shot-noise limited electron source (such as that in a TEM) are of interest. In this paper, we compare the error probability and sample damage for ideal IFM and classical imaging schemes, through theoretical analysis and numerical simulation. We consider a sample that is either completely transparent or completely opaque at each pixel. In our analysis, we also evaluate the impact of an additional detector for scattered electrons. Inclusion of the scattering detector results in reduction of error by up to an order of magnitude, for both IFM and classical schemes. We also investigate a sample reillumination scheme based on updating priors after each round of illumination and find that this scheme further reduces error. Implementation of these methods is likely achievable with existing instrumentation and would result in improved resolution in low-dose electron microscopy.
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影响因子：
4
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通讯作者：
H. Okamoto
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