Super-Resolution Ptychography with Small Segmented Detectors

探测器 像素 光学 摄影术 图像分辨率 物理 点间距 过采样 帧速率 增采样 计算机科学 衍射 人工智能 光电子学 CMOS芯片 图像(数学)
作者
Xiyue S. Zhang,Zhen Chen,Yu‐Tsun Shao,Ariana Ray,Yi Jiang,David A. Muller
出处
期刊:Microscopy and Microanalysis [Oxford University Press]
卷期号:31 (1) 被引量:2
标识
DOI:10.1093/mam/ozae134
摘要

Abstract To overcome the spatial resolution limit set by aperture-limited diffraction in traditional scanning transmission electron microscopy, microscopists have developed ptychography enabled by iterative phase retrieval algorithms and high-dynamic-range pixel array detectors. Current detector designs are limited by the data rate off chip, so a high-pixel-count detector has a proportionally lower frame rate than the few-segment detectors used for differential phase contrast (DPC) imaging. This slower acquisition speed leads to heightened vulnerability to scan noise, drift, and potential sample damage. This creates opportunities for repurposing fast segmented detectors for ptychography by trading a reduction in reciprocal space pixels for an increase in real space pixels. Here, we explore a strategy of oversampling in real space and instead apply detector pixel upsampling during the reconstruction process. We demonstrate the viability of achieving super-resolution ptychography on thin objects using only 2 × 2 detector pixels, surpassing the resolution of integrated DPC (iDPC) imaging. With optimization using simulated datasets and experiments on MoTe2/WSe2 bilayer moiré superlattices, we achieved super-resolution ptychography reconstructions under rapid acquisition conditions (37.5 pA, 1 μs dwell time), yielding over 50% improvements in contrast and information limit compared to annular dark field and iDPC imaging on the same detectors.
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