CN112987532A - 比较全息成像 - Google Patents

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Abstract

本文公开了用于比较全息成像以改进重构的结构和分子信息的设备和方法。示例方法至少包括：获取样品的多个全息图，其中在不同电子束能量下获取所述多个全息图中的每一个全息图；并且至少基于所述多个全息图中的至少两个全息图的比较而确定所述样品的原子和结构信息。

Description

比较全息成像
技术领域
本发明大体上涉及全息术，并且具体地说，涉及增强的基于全息的分析法。
背景技术
一段时间以来，已知全息技术已用于对材料进行成像和研究。然而，尽管成像硬件中的发展已经得到了改进，但可从全息图获得的信息的质量和数量尚未类似地得到改进。在生物学领域中，对例如蛋白质等软材料的研究极其重要，但软材料的性质限制了分析技术。尽管全息术提供破坏性较小的分析和成像技术，但可从所得全息图和/或重构中得到的有限信息限制了全息术的有用性。因而，期望至少在生物学研究领域中改进从全息术，尤其是低能量全息术得到的信息。
发明内容
本文公开了用于比较全息成像以改进重构的结构和分子信息的设备和方法。示例方法至少包括：获取样品的多个全息图，其中在不同电子束能量下获取所述多个全息图中的每一个全息图；并且至少基于所述多个全息图中的至少两个全息图的比较而确定所述样品的原子和结构信息。
示例设备至少包括：发射器，其耦合以朝向样品发射电子束；检测器，其耦合以接收在与样品相互作用之后的电子束；和控制器，其耦合到发射器和检测器。控制器包括在执行时使得控制器执行以下操作的代码：用电子束获取样品的多个全息图，其中在不同电子束能量下获取多个全息图中的每一个全息图；并且至少基于多个全息图中的至少两个全息图的比较而确定样品的原子和结构信息。
附图说明
图1为根据本公开的实施例的示例样品制备和分析***。
图2为根据本公开的实施例的用于获取样品的全息图的示例分析子***。
图3包括示例图像。
图4为根据本公开的实施例的用于获取全息图且确定样品的结构和原子信息的示例方法。
图5为根据本公开的实施例的示例图像序列。
图6为根据本公开的实施例的示例功能框图。
贯穿附图的若干视图，相同的附图标记指代对应的部分。
具体实施方式
下文在电子全息***的背景下描述本发明的实施例。特定来说，实施例针对一种电子全息***，其能够获取样品的多个全息图以基于全息图中的至少两个全息图的比较而确定样品分子和/或结构信息。在此类实施例中，在不同的照射能量下获取每一个全息图。因为弹性和非弹性散射是能量相依性的，所以不同照射能量下的全息图提供不同的全息信息，在比较时，所述不同全息信息提供样品的更详细的结构和分子信息。
除非上下文另外明确规定，否则如本申请中和权利要求书中所用，单数形式“一个（a/an）”和“所述（the）”包括复数形式。另外，术语“包括”意指“包括”。此外，术语“耦合”不排除耦合项之间存在中间元件。
本文中所描述的***、设备和方法不应解释为以任何方式进行限制。实际上，本公开针对各种所公开实施例的所有新颖和非显而易见的特征和方面，无论是单独地还是以彼此形成的各种组合和子组合。所公开的***、方法和设备不限于任何具体方面或特征或其组合，所公开的***、方法和设备也不要求存在任何一个或多个具体优点或解决任何一个或多个具体问题。任何操作理论都是为了便于阐释，但本公开的***、方法和设备不限于此类操作理论。
尽管为了便于呈现而以特定的循序次序来描述所公开的方法中的一些方法的操作，但应理解，除非下文所陈述的具体语言要求特定排序，否则这种描述方式涵盖重新布置。例如，在一些情况下，可重新布置或同时执行循序描述的操作。此外，为了简单起见，附图可能没有展示所公开的***、方法和设备可与其它***、方法和设备结合使用的各种方式。另外，本说明书有时使用像“产生”和“提供”的术语来描述所公开的方法。这些术语是所执行的实际操作的高水平抽象。与这些术语相对应的实际操作将取决于特定实施方案而变化，并且易于由本领域普通技术人员辨别。
在一些示例中，数值、程序或设备被称为“最低”、“最佳”、“最小”等。应了解，此类描述旨在指示可在许多所使用的功能替代方案中进行选择，并且此类选择不需要比其它选择更好、更小或者另外更优选。
使用电子束的直接电子成像可用于获取样品的全息图。电子束中的电子形成来自所关注物体（例如，蛋白质）的会产生干扰的参考波和散射波。可接着在进一步沿光轴向下的检测器上捕获干扰图案。此布置还被称为同轴全息术。已知数字全息技术可用于从所检测到的全息图在数值上重构出射波，从而产生物体的一种“剪影”。原子的弹性和非弹性散射横截面都展示出能量相依性，所述能量相依性可被利用以获得对正成像的样品的更多深刻理解。然而，单个全息图可能无法提供所要的更多深刻理解。
通过在两个或更多个波长（例如，能量）处捕获全息图，有可能可通过比较全息图和/或其重构来推断关于物体的信息；与仅从个别全息图/重构得到的信息相比，可以推断出更多信息。例如，可通过应用去卷积的类型来得到较高分辨率，和/或可检测原子差异。在一些能量下，因为能量相依性的散射横截面，所以物体对于相干电子束将更不透明。其结果是，将通过不同的能量来探测物体的不同深度，其中“深度”在与光轴相同的方向上。应用于全息图或重构中的差异的已知去卷积技术应揭示形成样品的原子的z深度信息。另外，原子的弹性散射横截面是能量相依性的，并且已知物质（例如H和C）之间存在一些差异，这可允许识别形成样品的个别原子。通过比较全息图的重构强度，有可能可观察到材料差异。
图1是根据本公开的实施例的示例样品制备和分析***100。***100能够制备各种样品以用于包括全息分析技术的后续分析。尽管至少分析方面可在任何所要的样品类型上使用，但样品制备和递送方面可更适用于趋向于易损坏的软样品类型，例如生物材料。在一些实施例中，样品是期望以天然状态进行分析的蛋白质或生物分子。在此类实施例中，***100对蛋白质进行电离，从经电离的样品供应中过滤所要的蛋白质，将经电离的蛋白质运送到分析区域，在所述分析区域中，使蛋白质沉积到衬底上以用于分析。可执行沉积以减少或消除对样品材料的任何破坏。尽管论述使用生物材料作为示例样品，但其它样品类型也在本公开的范围内。
***100可至少包括样品制备和选择子***102、样品运送和沉积子***106、分析子***104以及控制器107。尽管未展示，但各种真空泵和电源可耦合到子***和组件中的至少一些以提供所要的操作环境。在一些实施例中，三个子***102、104和106可形成用于对样品进行成像的整体样品制备和分析***，其中整体***包括从样品引入到成像/分析的连续路径。然而，在其它实施例中，子***102和106可形成用于制备样品且将样品递送到衬底的整体***，所述样品可接着通过任何所期望的方式（例如独立全息***）递送到选择的分析工具。无论实施例如何，本文所论述的全息技术可实施以获得比一般全息分析更详细的样品信息。
子***102对输入样品供应执行各种功能以提供所要的样品。在一些实施例中，样品是蛋白质，例如溶菌酶、钙调蛋白、蛋白质A/G、OmpF孔蛋白（大肠杆菌(1)的外膜蛋白质）、单克隆抗体免疫球蛋白（IgG）、C反应蛋白（CRP）、链霉亲和素和人血清白蛋白，仅举几例。当然，包括先前的蛋白质列表作为示例，并且其不限制本公开。由子***102提供的各种功能至少包括对输入样品供应进行电离，以及从样品供应过滤或选择目标样品类型。示例子***102可为Thermo Scientific™ Q Exactive™质谱仪。在一些实施例中，可将经过滤、电离的样品进行动力学冷却以减小样品的总动能。在冷却之后，将样品提供到子***106。在其中样品是蛋白质的实施例中，可能需要蛋白质在制备和过滤之后处于所要的天然状态，这可在一些实施例中证实。当然，在其它实施例中，蛋白质不需要处于所要的天然状态且样品也不需要是蛋白质。对由蛋白质构成的样品的论述仅出于***说明的目的，且不希望以任何方式进行限制。
子***104可包括直接成像***，例如同轴或反射全息成像***，其至少包括发射器和检测器。直接成像***可包括带电粒子束发射器，例如电子发射器或例如激光器等光发射器。无论发射器类型如何，子***104都能够调整所发射的能量，使得所得照射束包括所要的能量/波长/频率的带电粒子或光子。检测器可为基于像素的固态检测器或微通道相板检测器，但本文考虑了与发射器兼容的任何检测器。在一些实施例中，样品可放置在发射器与检测器之间以用于同轴全息术。在其它实施例中，发射器、样品和检测器可被布置成用于反射全息术。当然，本文还考虑了其它布置且其它布置在本公开的范围内。
在一些实施例中，子***104是生成样品的电子干扰图像的直接电子成像***。在此类实施例中，可使用电子干扰图像，例如全息图，以形成样品的重构图像。子***104使用不同能量的照射生成全息图，使得可获取样品的各自处于不同能量下的多个全息图。归因于照射能量与样品相互作用的性质，每一个全息图可提供关于样品的不同质量的信息。其结果是，一旦存在所获取的样品的两个或更多个全息图，则可比较全息图（或基于其的重构图像）以获得样品的更详细信息，例如可能基于单个全息图不可得到的样品的结构和/或原子信息。结构信息可为形成样品的原子和复合物的深度，深度在照射方向上，其中原子信息可包括形成样品的原子的识别和/或结合能。通常，子***104不受其它子***的限制，并且子***102和106可用于选择用于任何最终分析技术的样品且使所述样品沉积。
子***106提供针对由子***102提供的所制备样品的样品运送和沉积过程。在一些实施例中，样品可由子***102电离，并且在此类实施例中，子***106可包括耦合在一起的多个离子运送级，所述运送级端接在沉积位置处。运送级的终端可包括离子光学器件，所述离子光学器件被配置成减缓样品离子的速度使得其在不破坏或至少具有最小的破坏的情况下可沉积在衬底上。例如，在一些实施例中，可能需要在减少或防止蛋白质变性的能量下沉积蛋白质以用于后续分析。优选地，离子能量在沉积时不超过30 eV/电荷或更优选地10 eV/电荷。
另外或可替代地，***100的一些实施例可不具有经由子***106耦合到子***104的子***102。在此类实施例中，可由用户例如手动将样品从子***106运送到子***104。例如，使经电离的蛋白样品沉积到衬底上，接着在***到子***104之前将衬底从子***106除去。在一些实施例中，子***106的衬底位于分析位置中。在此类实施例中，使样品沉积到衬底上且准备用于在所述位置中进行分析。然而，在其它实施例中，将衬底从沉积位置平移到分析位置。
控制器107耦合到***100的其它子***以控制和/或启动其个别和精心设计的操作。控制器107可为一个或多个处理核心或微控制器以及用于存储可执行代码的相关联的存储器和存储装置。除控制***100的操作之外，控制器107还可处理由分析子***104生成的数据。当然，此数据的处理可替代地或另外由离线计算机执行。数据的处理可包括从由子***104获取的一个或多个全息图生成重构图像，和/或比较样品的两个或更多个全息图或重构以确定样品的结构和/或原子信息。结构信息可为形成样品的成分（例如，原子和分子）的深度和/或位置信息，并且原子信息可包括个别原子的识别和/或形成样品的成分的结合信息。比较可包括各种数学运算，例如去卷积、卷积、加法、减法、除法、乘法、平均和其组合。通常，获得不同能量的全息图且接着比较那些全息图可提供比单个全息图可提供的样品信息更详细的样品信息。
在操作中，将样品供应提供到子***102。可呈固体或液体形式的样品供应包括例如目标蛋白质连同其它载剂物质和/或杂质。子***102可初始地例如通过电喷雾电离对样品供应进行电离以准备用于过滤。接着可执行过滤以从样品供应中萃取目标蛋白质。例如，可使用质荷比技术例如通过质谱仪对目标蛋白质进行过滤。一旦已制备经电离的蛋白质，则将经电离的蛋白质进行动力学冷却，接着经由子***106运送到衬底。为了确保经电离的蛋白质保持在其天然状态，例如采用软着陆技术以将经电离的蛋白质沉积到衬底上。在沉积之后，可由子***104形成样品的一个或多个全息图。例如，可形成样品的多个全息图，其中每一个全息图使用不同的照射能量形成。一旦获得至少两个全息图，则控制器107可比较全息图以获得关于样品的更详细的结构和/或原子信息，例如形成样品的成分的深度和原子识别。获取其中每一个全息图在不同能量下的多个全息图且接着比较全息图提供了比单个全息图可提供的样品信息更详细的样品信息。如所提到，对原子的弹性和非弹性散射的能量相依性允许不同能量的全息图之间存在差异以提供对样品的内部结构和组成的深刻理解。
图2为根据本公开的实施例的用于获取样品的全息图的示例分析子***204。分析子***204（仅分析子***104的一个示例）可用于获得不同的照射能量下的样品的全息图。如所提到，在不同的照射能量下获得全息图，可通过比较不同的全息图确定关于样品的结构和原子信息。比较可涉及去卷积、卷积、乘法、除法、加法、减法平均和其组合。结构和原子信息可至少包括形成样品的成分的深度信息、原子识别和结合信息。形成样品的成分包括组成样品的原子、分子和/或其它复合物。
子***204至少包括发射器208和检测器210。样品212可位于发射器208与检测器210之间以用于在检测器的表面上形成全息图220。此类布置形成同轴全息***，但本公开覆盖其它布置。发射器208可为所要的任何类型的发射器，例如带电粒子发射器（例如，电子或离子），或基于光子的发射器（例如，激光器）。在一些实施例中，发射器208为能够提供具有从50到500 eV的能量的相干电子束的电子发射器。在提及电子束的能量时，应理解，形成电子束的每一个电子具有所要的能量。无论发射器类型如何，照射波前214朝向样品212传播。在波前214到达样品212时，与样品（例如与形成样品的成分）发生弹性和非弹性相互作用，从而使得未绕射波216和绕射波218在检测器210处相互作用以形成全息图220。全息图220还可被称为干扰图案。
在一些实施例中，发射器208可调整以提供不同能量的照射束。例如，发射器208可提供50 eV、75 eV、100 eV等任何所要能量的电子的电子束。然而，能量水平可能受样品212的材料类型限制。例如，生物材料（例如蛋白质）可将电子能量限制到250 eV或更小。在每一次照射处于不同能量下的情况下，所得全息图220可不同。然而，差异可允许确定样品的结构和/或原子信息。这至少部分归因于形成样品212的原子/分子的非弹性和弹性散射横截面的能量相依性。通过获取各自处于不同照射能量下的多个全息图220，并且比较多个全息图220，可从全息图中得出结构和原子信息的确定，因此产生样品212的更深/细化的信息。
图3包括示例图像301和303。图像301为如由检测器（例如检测器210）获取的示例全息图，并且图像303为图像301中的全息图的示例重构。图像301可能已使用子***204获得且表示基于蛋白质的样品的全息图220。耦合到或与子***204一起包括的控制器（未展示）基于全息图301而提供重构图像303。例如控制器107的控制器使用任何已知的重构技术生成重构。图像303中的暗色区域展示形成成像样品的成分的位置。由于这是单个全息图/重构，因此由全息图或重构提供的信息有限，例如形成样品的成分的相对二维信息。然而，可使用本文所公开的技术改进此类信息，即可获得额外深度信息（在照射束的方向上）和原子信息。
图4为根据本公开的实施例的用于获取全息图且确定样品的结构和原子信息的示例方法405。方法405可由任何直接成像***执行。在一些示例中，例如***100的直接电子全息***可用于实施方法405。
方法405可在过程框407处开始，所述过程框包括获取样品的多个全息图，其中使用不同照射能量获取每一个全息图。在一些实施例中，照射为可在例如从50 eV到500 eV或更高的变化能量下提供的电子束。在其它实施例中，照射能量为激光。
过程框407可分解为两个单独过程，例如过程框415和417。过程框415包括将样品多次暴露于照射能量中，其中每一次暴露具有不同的照射能量。过程框415后接过程417，其包括检测样品的每一次暴露以获取多个全息图中的每一个全息图。
过程框407可后接过程框411，其包括至少基于多个全息图中的全息图的比较而确定样品的分子和原子信息。可使用如在过程框413中所指示的任何已知的数学运算执行比较，例如去卷积、卷积、加法、减法、乘法、除法、平均和其组合。比较的最终结果可提供形成样品的原子或复合物的深度信息，深度在照射传播的方向上。另外或可替代地，归因于其不同的弹性和非弹性散射横截面，和/或关于其结合能的信息，比较可识别形成材料的具体原子。
在一些实施例中，过程框407可任选地、可替代地或另外后接过程框409，其包括针对多个全息图中的每一个全息图形成样品的重构图像。可使用任何已知的重构算法执行每一个全息图的重构，例如使用近轴近似的非迭代重构、使用非近轴算法的非迭代重构。
过程框409可后接过程框419，其包括至少基于重构图像中每一个重构图像的比较而确定样品的分子和原子信息。可使用过程框413中所展示的操作的任一个操作或组合来执行比较。
图5为根据本公开的实施例的示例图像序列。图像序列包括图像501、503和404，所述图像序列描绘被减去以确定样品的结构信息的一连串全息图。图像501为在第一能量下获取的第一全息图，图像503为在第二能量下获取的第二全息图，而图像505为基于图像501与图像503相减的全息图。所有图像都是同一样品的，如可看到，图像501和503提供样品的变化信息且展示在图像505中的其差异提供图像501和505中不可见的额外细节。例如，图像505中的每一个点展示围绕中心特征的环，这在其它两个图像中未看到。
图6为根据本公开的实施例的示例功能框图600。图6为展示了本发明的实施例可包括的计算机***600的框图。计算机***600可为与***100一起包括的计算硬件的示例，所述计算硬件如控制器107、子***102、104、106和/或耦合的服务器（未展示）。计算机***600至少包括用于传达信息的总线640或其它通信机制，和与总线640耦合以用于处理信息的硬件处理器642。硬件处理器642可为例如通用微处理器。计算***600可用于实施本文所公开的方法和技术，例如方法301和401，并且还可用于获得图像以及用一个或多个类别来分割所述图像。
计算机***600还包括耦合到总线640的主存储器644，例如随机存取存储器（RAM）或其它动态存储装置，所述主存储器用于存储信息和由处理器642执行的指令。主存储器644还可用于在要由处理器642执行的指令的执行期间存储临时变量或者其它中间信息。此类指令在存储于处理器642可访问的非暂时性存储介质中时，使计算机***600成为被定制成执行指令中指定的操作的专用机器。
计算机***600进一步包括只读存储器（ROM）646或耦合到总线640的用于存储处理器642的静态信息和指令的其它静态存储装置。提供存储装置648（例如磁盘或光盘）且将其耦合到总线640以存储信息和指令。
计算机***600可经由总线640耦合到显示器650，例如阴极射线管（CRT），以用于向计算机用户显示信息。包括字母数字键和其它键的输入装置652可耦合到总线640以将信息和命令选择传达到处理器642。另一种类型的用户输入装置为例如鼠标、轨迹球或光标方向键等用于将方向信息和命令选择传达到处理器642且用于控制显示器650上的光标移动的光标控制654。此输入装置通常在两条轴线（第一轴线（例如，x）和第二轴线（例如，y））上具有两个自由度，所述自由度允许装置在平面中指定位置。
计算机***600可使用与计算机***组合使计算机***600成为或将其编程为专用机器的定制化硬接线逻辑、一个或多个ASIC或FPGA、固件和/或程序逻辑来实施本文所描述的技术。根据一个实施例，本文的技术由计算机***600响应于处理器642执行在主存储器644中含有的一个或多个指令的一个或多个序列来执行。可使此类指令从另一个存储介质（例如存储装置648）读取到主存储器644中。执行主存储器644中含有的指令序列使处理器642执行本文所描述的过程步骤。在替代性实施例中，可使用硬接线电路***代替软件指令或与软件指令组合。
如本文所使用的术语“存储介质”是指存储使机器以具体方式操作的数据和/或指令的任何非暂时性介质。此类存储介质可包括非易失性介质和/或易失性介质。非易失性介质包括例如光盘或磁盘，例如存储装置648。易失性介质包括动态存储器，例如主存储器644。常见形式的存储介质包括例如软磁盘、软盘、硬盘、固态驱动器、磁带或任何其它磁性数据存储介质、CD-ROM、任何其它光学数据存储介质、任何具有孔图案的物理介质、RAM、PROM和EPROM、闪存-EPROM、NVRAM、任何其它存储器芯片或盒式存储器、内容可寻址存储器（CAM）和三态内容可寻址存储器（TCAM）。
存储介质与传输介质不同，但可与传输介质结合使用。传输介质参与存储介质之间的信息传递。例如，传输介质包括同轴电缆、铜线和光纤，包括包括总线640的导线。传输介质还可采取声波或光波的形式，例如在无线电波和红外数据通信期间生成的声波或光波。
各种形式的介质可涉及将一个或多个指令的一个或多个序列承载到处理器642以供执行。例如，指令可初始地承载在远程计算机的磁盘或固态驱动器上。远程计算机可将指令加载到其动态存储器中，并且使用调制解调器通过电话线发送指令。计算机***600本地的调制解调器可在电话线上接收数据，并且使用红外发射器将数据转换成红外信号。红外检测器可接收红外信号中承载的数据，并且适当的电路***可将数据放置在总线640上。总线640将数据承载到主存储器644，处理器642从所述主存储器取得并执行指令。由主存储器644接收到的指令可任选地在由处理器642执行之前或之后存储在存储装置648上。
计算机***600还包括耦合到总线640的通信接口656。通信接口656提供耦合到网络链路658的双向数据通信，所述网络链路连接到本地网络660。例如，通信接口656可为综合业务数字网（ISDN）卡、电缆调制解调器、卫星调制解调器、或用于提供与对应类型的电话线的数据通信连接的调制解调器。作为另一个示例，通信接口656可为用于提供连接到兼容LAN的数据通信连接的局域网（LAN）卡。还可实施无线链路。在任何此类实施方案中，通信接口656发送且接收承载表示各种类型的信息的数字数据流的电信号、电磁信号或光信号。
网络链路658通常通过一个或多个网络向其它数据装置提供数据通信。例如，网络链路658可提供通过本地网络660到主计算机662或由互联网服务提供商（ISP）664操作的数据设备的连接。ISP 664进而通过现在通常称为“互联网”666的全球分组数据通信网络来提供数据通信服务。本地网络660和互联网666两者都使用承载数字数据流的电信号、电磁信号或光信号。通过各种网络的信号和在网络链路658上的信号以及通过通信接口656的信号为传输介质的示例形式，所述信号将数字数据承载到计算机***600以及从所述计算机***承载数字数据。
计算机***600可通过一个或多个网络、网络链路658和通信接口656来发送消息和接收包括程序代码数据。在互联网示例中，服务器668可通过互联网666、ISP 664、本地网络660和通信接口656来传输用于应用的请求代码。
所接收到的代码可在被接收到时由处理器642执行，和/或存储在存储设备648或其它非易失性存储装置中以供稍后执行。
本文所论述以说明所公开的技术的实施例不应被认为是限制性的，且仅提供实施方案的示例。本领域技术人员将理解可以如何实现所公开的技术的其它无数方式，这些方式在本文中考虑且在本公开的范围内。
用于执行比较全息成像的示例方法至少包括：用电子束获取样品的多个全息图，其中在不同的电子束能量下获取多个全息图中的每一个全息图；并且至少基于多个全息图中的至少两个全息图的比较而确定样品的原子和结构信息。
以上示例方法的特征进一步在于原子信息提供关于形成样品的原子的信息以及结合信息。
以上示例方法的特征进一步在于结构信息包括样品的成分的深度信息，所述深度信息在电子束路径的方向上。
以上示例方法的特征进一步在于样品的成分包括形成样品的原子和复合物。
以上示例方法进一步包括针对多个全息图中的每一个全息图形成样品的重构图像以获得多个重构图像。
以上示例方法进一步包括至少基于多个重构图像中的两个重构图像的比较而确定样品的原子和结构信息。
以上示例方法的特征进一步在于原子信息提供关于形成样品的原子的信息以及结合信息。
以上示例方法的特征进一步在于结构信息包括样品的成分的深度信息，所述深度信息在电子束路径的方向上。
以上示例方法进一步包括在获取多个全息图中的每一个全息图之间调整电子发射器以改变电子束的能量。
以上示例方法的特征进一步在于：获取样品的多个全息图至少包括将样品多次暴露于电子束中，其中对于多个全息图中的全息图的每一次获取，电子束的能量都是不同的；并且响应于每一次暴露而由检测器检测干扰图案。
以上示例方法的特征进一步在于电子束的能量在50 eV到250 eV范围内变化。
以上示例方法的特征进一步在于检测器为直接电子检测器或微通道板检测器。
以上示例方法的特征进一步在于，至少基于多个全息图中的全息图的比较而确定样品的原子和结构信息包括对多个全息图进行平均、卷积、去卷积、减法、加法、乘法、除法或其组合以确定原子和结构信息。
用于实施微分全息成像的示例设备可至少包括：发射器，其耦合以朝向样品发射电子束；检测器，其耦合以接收在与样品相互作用之后的电子束；和控制器，其耦合到发射器和检测器。控制器包括在执行时使得控制器执行以下操作的代码：用电子束获取样品的多个全息图，其中在不同电子束能量下获取多个全息图中的每一个全息图；并且至少基于多个全息图中的至少两个全息图的比较而确定样品的原子和结构信息。
以上示例设备的特征进一步在于原子信息提供关于形成样品的原子的信息以及结合信息。
以上示例设备的特征进一步在于结构信息包括样品的成分的深度信息，所述深度信息在电子束路径的方向上。
用于至少基于多个全息图中的全息图的比较而确定样品的原子和结构信息的v代码的示例设备进一步包括在由控制器执行时使得控制器执行以下操作的代码：对多个全息图中的至少两个全息图进行平均、卷积、去卷积、减法、加法、乘法、除法或其组合以确定原子和结构信息。
以上示例设备进一步包括在由控制器执行时使得控制器执行以下操作的代码：针对多个全息图中的每一个全息图形成样品的重构图像以获得多个重构图像。
以上示例设备进一步包括在由控制器执行时使得控制器执行以下操作的代码：至少基于多个重构图像中的两个重构图像的比较而确定样品的原子和结构信息。
以上示例设备进一步包括在由控制器执行时使得控制器执行以下操作的代码：将样品多次暴露于电子束中，其中对于多个全息图中的全息图的每一次获取，电子束的能量都是不同的；并且响应于每一次暴露而检测干扰图案。

Claims (15)

1. 一种方法，其包括：
用电子束获取样品的多个全息图；以及
至少基于所述多个全息图中的至少两个全息图的比较而确定所述样品的原子和结构信息，
其特征在于
在不同的电子束能量下获取所述多个全息图中的每一个全息图。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述结构信息包括所述样品的成分的深度信息，所述深度信息在所述电子束路径的方向上。
3.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括针对所述多个全息图中的每一个全息图形成所述样品的重构图像以获得多个重构图像。
4.根据权利要求3所述的方法，其进一步包括至少基于所述多个重构图像中的两个重构图像的比较而确定所述样品的原子和结构信息。
5.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括在获取所述多个全息图中的每一个全息图之间调整电子发射器以改变所述电子束的所述能量。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中获取样品的多个全息图至少包括：
将所述样品多次暴露于所述电子束，其中对于所述多个全息图中的全息图的每一次获取，所述电子束的能量是不同的；以及
响应于每一次暴露而由检测器检测干扰图案。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中所述电子束的所述能量在50 eV到250 eV范围内变化。
8.根据权利要求1所述的方法，其中至少基于所述多个全息图中的所述全息图的比较而确定所述样品的原子和结构信息包括：
对所述多个全息图进行平均、卷积、去卷积、减法、加法、乘法、除法或其组合以确定所述原子和结构信息。
9.一种设备，其包括：
发射器，其耦合以朝向样品发射电子束；
检测器，其耦合以接收在与所述样品相互作用之后的所述电子束；以及
控制器，其耦合到所述发射器和检测器，所述控制器包含在执行时使得所述控制器执行以下操作的代码：
用电子束获取样品的多个全息图；以及
至少基于所述多个全息图中的至少两个全息图的比较而确定所述样品的原子和结构信息，
其特征在于
在不同的电子束能量下获取所述多个全息图中的每一个全息图。
10.根据权利要求9所述的设备，其中所述原子信息提供关于形成所述样品的所述原子的信息以及结合信息。
11.根据权利要求9所述的设备，其中所述结构信息包含所述样品的成分的深度信息，即在所述电子束路径的方向上的所述深度信息。
12.根据权利要求9所述的设备，其中用以至少基于所述多个全息图中的所述全息图的比较而确定所述样品的原子和结构信息的所述代码进一步包括在由所述控制器执行时使得所述控制器执行以下操作的代码：
对所述多个全息图中的所述至少两个全息图进行平均、卷积、去卷积、减法、加法、乘法、除法或其组合以确定所述原子和结构信息。
13.根据权利要求9所述的设备，其进一步包含在由所述控制器执行时使得所述控制器执行以下操作的代码：
针对所述多个全息图中的每一个全息图形成所述样品的重构图像以获得多个重构图像。
14.根据权利要求13所述的设备，其进一步包含在由所述控制器执行时使得所述控制器执行以下操作的代码：
至少基于所述多个重构图像中的两个重构图像的比较而确定所述样品的原子和结构信息。
15. 根据权利要求9所述的设备，其进一步包含在由所述控制器执行时使得所述控制器执行以下操作的代码：
将所述样品多次暴露于所述电子束，其中对于所述多个全息图中的全息图的每一次获取，所述电子束的能量是不同的；以及
响应于每一次暴露而检测干扰图案。
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